Brevet FR2608341A1 — publié le 19880617

La présente invention concerne de façon générale les dispositifs de formation d'image du type état solide et, en parti- culier, un appareil de prise de vues, ou appareil capteur d'image à l'état solide du type à dispositif de couplage de charge (CCD). Jusqu'ici, il a été proposé de commander la sensibilité en commandant le temps d'accumulation dans l'appareil capteur d'image à l'état solide classique du type CCD. Par exemple, comme représenté sur la figure lB, on maintient constant le temps final de l'accumulation et on agit sur le temps de départ de l'accumu- Lation pour effectuer la commande de sensibilité. La figure 1A illustre une impulsion de synchronisation verticale VD. Dans la technique antérieure, on choisit un temps d'accu- mulation d'environ 1/500 à 1/2000 seconde pour un objet en déplace- ment rapide à capter et analyser dans son action et ses autres caractéristiques. Avec l'appareil capteur d'image du type état solide dont on commande la sensibilité en commandant le temps d'accumulation de charge comme cidessus décrit, si le temps d'accumulation de charge est réduit, l'image mobile apparaît discontinue. De plus, avec l'appareil capteur d'image à l'état solide dans lequel on choisit un temps d'accumulation de charge court pour un objet en déplacement rapide à capter, le temps d'accumulation apparaît une fois pendant une période verticale et n'est donc pas en mesure de saisir l'objet voulu, si bien que l'on n'obtient aucune image de l'objet. Comme procédé pour capter un objet mobile à grande vitesse permettant d'éviter ce problème, on fait en sorte de commander le temps d'éclairement par une source lumineuse, mais ce procédé nécessite une source lumineuse particulière. Par conséquent, un but de l'invention est de fournir un appareil capteur d'image à l'état solide perfectionné du type CCD qui peut éviter les inconvénients rencontrés dans la technique antérieure. Un autre but de l'invention est de fournir un appareil capteur d'image à l'état solide du type CCD qui peut commander la sensibilité sans faire ressentir des discontinuités pour l'image mobile. Un autre but de l'invention est de fournir un appareil capteur d'image à l'état solide du type CCD qui peut positivement capter un objet en déplacement rapide sans devoir faire appel à un appareillage particulier. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un appa- reil capteur d'image à l'état solide du type CCD comprenant: a) plusieurs éléments photodétecteurs disposés suivant une ma- trice; b) plusieurs registres à décalage vertical; c) des moyens du type portes de déclenchement de commande de lecture placés entre lesdits éléments photodétecteurs et lesdits registres à décalage vertical; d) des moyens du type drains servant à absorber la charge produite dans lesdits éléments photodétecteurs permettant d'éviter le passage par lesdits moyens du type portes de déclenchement de com- mande de lecture; e) un moyen de commande servant à commander le transfert de la charge desdits éléments photodétecteurs auxdits moyens du type drains; f) un registre à décalage horizontal recevant la charge de la part desdits registres à décalage vertical et produisant un signal de sortie; g) un premier moyen générateur d'impulsion de commande permettant de produire et de délivrer une première impulsion de commande audit moyen de commande, si bien que lesdits éléments photodétecteurs sont dans un mode emmagasinage pendant plusieurs durées au cours d'une période verticale et, pendant le reste des durées, la charge produite dans les éléments photodétecteurs est transférée auxdits moyens du type drains; h) un deuxième moyen générateur d'impulsion de commande servant à produire et délivrer une deuxième impulsion de commande auxdits moyens du type portes de déclenchement de commande de lecture de façon que lesdits moyens de commande de lecture soient rendus conducteurs à la fin de chaque dite durée, si bien que la charge produite dans lesdits éléments photodétecteurs pendant chaque dite durée est transférée auxdits registres à décalage vertical; et i) un moyen de mélange servant à méLanger les charges transférées auxdits registres à décalage vertical pendant une période verticale dans lesdits registres à décalage vertical, si bien que les charges mélangées sont transférées via lesdits registres à décalage verti- cal audit registre à décalage horizontal. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de commande d'un appareil capteur d'image à l'état solide du type CCD possédant plusieurs éléments photodétecteurs disposés suivant une matrice, plusieurs registres à décalage vertical, des moyens du type portes de déclenchement de commande de lecture disposés entre lesdits éléments photodétecteurs et lesdits registres à décalage vertical, des moyens du type drains servant à absorber la charge produite dans lesdits éléments photodétecteurs, un moyen de commande servant à commander le transfert de la charge desdits éléments photodétecteurs auxdits moyens du type drains, et un registre à décalage horizontal recevant la charge desdits registres à décalage vertical et produisant un signal de sortie, ledit procédé comprenant les opérations suivantes: a) accumuler les charges dans lesdits éléments photodétecteurs pendant plusieurs duréesintermittentesau cours d'une période ver- ticale; b) rendre conducteurs lesdits moyens du type portes de déclenche- ment de commande de lecture à la fin de chaque dite durée et transférer les charges produites dans lesdits éléments photodétec- teurs auxdits registres à décalage vertical; c) mélanger les charges transférées auxdits registres à décalage vertical pendant une période verticale dans lesdits registres à décalage vertical; et d) transférer les charges mélangées via lesdits registres à déca- lage vertical auxdits registres à décalage horizontal. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi lesquels: les figures 1A et lB sont respectivement des diagrammes temporels utilisés pour expliquer le fonctionnement d'un appareil capteur d'image à l'état solide classique; la figure 2 est un diagramme montrant un mode de réali- sation d'un appareil capteur d'image à l'état solide du type CCD selon l'invention; les figures 3A à 3D sont respectivement des diagrammes temporels utilisés pour expliquer le fonctionnement de l'appareil capteur d'image à l'état solide représenté sur la figure 2; et les figures 4A à 4C sont des diagrammes utilisés pour expliquer l'invention. On va maintenant décrire en relation avec la figure 2 un mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'invention est appliquée à un appareil capteur d'image à l'état solide du type CCD appartenant au système dit de transfert d'inter- ligne d'image complète. Comme on peut le voir sur la figure 2, cet appareil capteur d'image à l'état solide comporte plusieurs éLéments photo- détecteurs 1 disposés en association avec des éléments d'image respectifs et plusieurs premiers registres à décalage vertical 2 disposés en colonnes. Entre les éléments photodétecteurs 1 disposés en colonnes et les premiers registres à décalage vertical 2, se trouvent des portes de transfert 3 qui transfèrent les charges accumulées dans les éléments photodétecteurs 1 aux premiers registres à décalage vertical 2. Des drains de débordement 4 cons- tituent des parties d'absorption de charge, et ces drains 4 pré- sentent la structure dite de débordement latéral et sont disposés en un emplacement qui les place en regard des éLéments photo- détecteurs 1 via des portes 5 de commande de débordement. Les éléments photodétecteurs 1, et les premiers registres à décalage vertical 2, les portes de transfert 3, les drains de débordement 4 et les portes de commande de débordement 5 constituent une partie image 6. A des premières extrémités des registres à décalage vertical 2 de la partie image 6, se trouvent des deuxièmes registres à décalage vertical 7 qui sont, respectivement, connectés électriquement aux premiers registres à décalage vertical 2. Le nombre d'étages de transfert de charge des deuxièmes registres à décalage vertical 7 est égal ou supérieur à celui des premiers registres à décalage vertical 2. Les deuxièmes registres à décalage vertical 7 constituent une partie emmagasinage 8. Aux autres extrémités des deuxièmes registres à décalage vertical 7 de la partie emmagasinage 8, se trouve un registre à décalage horizontal 9 qui est électriquement connecté aux deuxièmes registres à décalage vertical 7. A une première extrémité de ce registre à décalage horizontal 9, se trouve une partie de détection de charge 10 à partir de laquelle un signal est émis vers l'exté- rieur. Alors que la structure ci-dessus mentionnée est bien connue, ce mode de réalisation de l'invention possède en outre la structure suivante. Dans ce mode de réalisation, les portes de commande de débordement 5 reçoivent une impulsion de déclenchement P0G qui passe au niveau bas "0"' trois fois pendant une période verticale, comme indiqué sur la figure 3B. La figure 3A illustre l'impulsion de synchronisation verticale VD. Les portes de transfert 3 reçoivent une impulsion de déclenchement PRG qui passe au niveau haut "1" à chaque fois que la période de niveau bas de l'impulsion de déclenchement POG prend fin, comme indiqué sur la figure 3C. Dans ce cas, comme représenté sur la figure 4A, il s'établit une relation de potentiel au niveau des parties respectives lorsque l'impulsion de déclenchement POG se trouve au niveau bas "0" et l'impulsion de déclenchement PRG se trouve au niveau bas "0", si bien que des charges s'accumulent respectivement dans les éléments photodétecteurs 1. De plus, comme indiqué sur la figure 4B, il s'établit une relation de potentiel lorsque l'impulsion de déclen- chement POG estau niveau bas "0" et l'impulsion de déclenchement PRG est au niveau haut "1", si bien que Les puits de potentiel des registres à décalage vertical 2 deviennent plus profonds, ce qui permet aux charges accumulées dans les éléments photodétecteurs 1 d'être transférées aux registres à décalage vertical 2. De plus, comme représenté sur la figure 4C, il s'établit une relation de potentiel lorsque l'impulsion de déclenchement POG est au niveau haut "1" et l'impulsion de déclenchement PRG est'au niveau bas "0", si bien que les puits de potentiel présents sur les drains de débordement 4 deviennent plus profonds, ce qui permet aux charges accumulées dans les éléments photodétecteurs 1 d'être transférées aux drains de débordement 4 absorbés dans le substrat. Dans ce mode de réalisation, après que les charges accumulées en trois fois dans les éléments photodétecteurs 1 pendant une période verticale ont été respectivement transférées aux premiers registres à décalage vertical 2 en réponse à trois impul- sions de déclenchement PRG' elles sont de nouveau transférées à grande vitesse aux registres à décalage vertical 7. Comme par exemple représenté sur la figure 3D, un tel transfert de charge s'effectue pendant une durée TO venant juste après le troisième transfert de charge des éléments photodétecteurs 1 aux premiers registres à décalage vertical 2. Dans ce cas, le transfert de charge est réalisé par exemple par un système de commande biphasé, triphasé ou quadriphasé. Les charges transférées aux deuxièmes registres à déca- lage vertical 7 de la partie emmagasinage 8 sont transférées ligne par ligne au registre à décalage horizontal 9 pendant la période verticale suivante. Ainsi, le signal est produit à partir de la partie de détection de charge 10. Selon ce mode de réalisation, puisque, avec l'appareil capteur d'image à l'état solide présentant la structure ci-dessus décrite, l'impulsion de déclenchement POG indiquée sur la figure 3B est délivrée aux grilles de commande de débordement 5 et que les charges s'accumulent dans les éléments photodétecteurs 1 pendant seulement la durée o l'impulsion de déclenchement POG est au niveau bas "0", la charge s'accumule par intermittence en trois fois dans les éléments photodétecteurs 1 pendant une période verti- cale. De plus, comme l'impulsion de déclenchement PRG indiquée sur la figure 3C est délivrée aux grilles de transfert 3 et que l'impulsion de déclenchement PRG est au niveau haut "1", les charges accumulées dans les éléments photodétecteurs 1 sont trans- férées aux premiers registres à décalage vertical 2. De plus, puisque l'impulsion de déclenchement PRG passe au niveau haut "1" à La fin de chaque période de niveau bas de l'impuLsion de déclen- chement POGt les charges accumulées par intermittence dans Les éléments photodétecteurs 1 sont respectivement transférées de ma- nière séquentielle aux premiers registres à décalage-vertical 2 et s'y ajoutent Les unes aux autres. Les charges ajoutées dans les premiers registres à déca- lage vertical 2 sont transférées aux deuxièmes registres à décalage vertical 7 à grande vitesse pendant la durée TO (voir figure 3D) venant immédiatement après que le troisième transfert de charge a été effectué. Les charges transférées aux deuxièmes registres à décalage vertical 7 sont transférées ligne par ligne au registre à décalage horizontal 9 pendant la période verticale suivante. Ensuite, le signal est produit par la partie de détection de charge 10. Puisque, pendant la période verticale durant laquelle les charges transférées aux deuxièmes registres à décalage 7 sont pro- duites de manière séquentielle, les charges à produire pendant la période verticale suivante sont transférées des éléments photo- détecteurs 1 aux premiers registres à décalage 2 et s'y ajoutent les unes aux autres, la partie de détection de charge 10 produit le signal de manière continue. En modifiant la durée T au cours de laquelle l'impulsion de déclenchement POG est au niveau bas, il est possible de com- mander le temps d'accumulation de charge et, par conséquent, La sensibilité. Selon ce mode de réalisation, puisque les charges accu- mulées de manière intermittente en trois fois dans les éléments photodétecteurs 1 pendant une période verticale sont ajoutées par les premiers registres à décalage vertical 2,puis sont transférées, l'image mobile n'est pas ressentie comme discontinue même du fait de la réduction du temps d'accumulation de charge. Ainsi, selon l'invention, il est possible de commander la sensibilité en ajus- tant le temps d'accumulation de charge tout en obtenant une image mobile qui n'est pas ressentie comme discontinue. De plus, selon l'invention, puisque le temps d'accumulation de charge apparaît plusieurs fois pendant une seule période verticale, il se produit rarement que l'objet voulu ne puisse être capté pendant le temps d'accumulation. Ainsi, l'objet se déplaçant à grande vitesse peut être capté positivement sans l'aide d'aucun appareillage parti- culier. Ainsi, l'appareil capteur d'image à l'état solide selon l'invention convient pour analyser l'action d'un objet en déplace- ment rapide. Tandis que les charges accumulées de manière intermit- tente en trois fois dans les éLéments photodétecteurs 1 au cours d'une période verticale sont ajoutées par les premiers registres à décalage vertical 2, puis sont transférées comme dans la descrip- tion précédente, le nombre des accumuLations de charge n'est pas limité à trois, mais peut être choisi librement. Alors que l'invention est appliquée à un appareil capteur d'image à l'état solide du type dit à transfert de ligne d'image compLète possédant la partie emmagasinage 8 ci-dessus décrite, l'invention peut être appliquée de la même façon à un appareil capteur d'image à l'état solide du type à transfert de ligne ne possédant aucune partie emmagasinage 8. Toutefois, dans ce cas, puisque l'appareil capteur d'image à l'état solide ne possède pas la partie emmagasinage 8, les signaux ne peuvent pas être produits de manière continue, et le signal correspondant à une seule période verticale peut être produit de manière intermittente. Alors que l'appareil capteur d'image à l'état solide ayant la structure à débordement latéral a été illustré dans le mode de réalisation précédent, on peut construire de manière ana- logue un appareil capteur d'image à l'état solide ayant une struc- ture à débordement vertical. En bref, il est nécessaire que les charges produites par les éLéments photodétecteurs 1 soient absor- bées par exemple par le substrat, et non par l'intermédiaire de la porte de transfert 3. Selon la présente invention, comme établi ci-dessus, puisque les charges accumulées de manière intermittente dans les éléments photodétecteurs pendant une période verticale sont ajoutées à l'intérieur des registres à décalage vertical, puis sont transférées au registre à décalage horizontal, on peut empêcher L'image d'être ressentie comme discontinue et on peut commander la sensibiLité en commandant le temps d'accumulation de charge. De plus, sans L'aide d'aucun appareillage particulier, on peut capter positivement un objet se déplaçant à grande vitesse et, par consé- quent, l'invention convient pour analyser l'action d'un objet se déplaçant à grande vitesse. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'appareil et du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limita- tif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. 2608341' REVENDICATIONS 1. Appareil capteur d'image à l'état solide du type à dispo- sitif à couplage de charge, caractérisé en ce qu'il comprend: a) plusieurs éléments photodétecteurs (1) disposés suivant une matrice; b) plusieurs registres à décalage vertical (2); c) des moyens du type portes de déclenchement de commande de lecture (3) disposés entre lesdits éléments photodétecteurs et lesdits registres à décalage vertical; d) des moyens du type drain (4) servant à absorber la charge créée dans lesdits éléments photodétecteurs sans qu'il y ait passage par lesdits moyens du type portes de déclenchement de commande de lecture; e) un moyen de commande (5) servant à commander le transfert de la charge desdits éléments photodétecteurs auxdits moyens du type drains; f) un registre à décalage horizontal (9) recevant la charge desdits registres à décalage vertical et produisant un signal de sortie; g) un premier moyen générateur d'impulsion de commande servant à produire une première impulsion de commande (PoG) pour la délivrer audit moyen de commande, si bien que lesdits éléments photo- détecteurs se trouvent dans un mode emmagasinage pendant plusieurs durées au cours d'une période verticale, et pendant le reste des durées, la charge produite dans lesdits éléments photodétecteurs est transférée auxdits moyens du type drains; h) un deuxième moyen générateur d'impulsion de commande servant à produire une deuxième impulsion de commande (PRG) pour la délivrer RG auxdits moyens du type portes de déclenchement de commande de lecture de façon que ledit moyen de commande de lecture soit rendu conducteur à la fin de chaque dite durée, si bien que la charge produite dans lesdits éléments photodétecteurs pendant chaque dite durée est transférée auxdits registres à décalage vertical; et i) un moyen de mélange (2) servant à mélanger les charges trans- férées auxdits registres à décalage vertical pendant une période verticale dans lesdits registres à décalage vertical, si bien que Les charges mélangées sont transférées via Lesdits registres à décalage vertical audit registre à décaLage horizontaL. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que Ledit premier moyen générateur d'impulsion de commande comporte un moyen de variation qui fait varier le nombre d'impulsions au cours d'une période verticale, ce qui correspond au nombre desdites durées dans une période verticale et à la longueur de chaque dite durée. 3. Appareil selon La revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens du type drains font fonction de drains de déborde- ment. 4. Appareil seLon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen de commande est un moyen du type porte de commande de débordement et est disposé entre lesdits éléments photodétecteurs et lesdits moyens du type drains. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre plusieurs deuxièmes registres à décalage vertical (7) disposes entre lesdits registres à décalage vertical et ledit registre à décalage horizontal, le nombre desdits deuxièmes registres à décalage vertical étant égal à celui desdits registres à décalage vertical, lesdites charges mélangées dans lesdits registres à décalage vertical étant transférées auxdits deuxièmes registres à décalage vertical pendant un intervalle de 9uppression verticale. 6. Procédé de commande d'un appareil capteur d'image à l'état solide du type à dispositif à couplage de charge, caracté- - risé en ce que l'appareil possède plusieurs éléments photodétec- teurs disposés en une matrice, plusieurs registres à décalage vertical, des moyens du type portes de déclenchement de commande de lecture disposés entre lesdits éléments photodétecteurs et lesdits registres à décalage vertical, des moyens du type drains servant à absorber la charge produite dans lesdits éléments photodétecteurs, un moyen de commande servant à commander le transfert de la charge desdits éléments photodétecteurs auxdits moyens du type drains, et un registre à décalage horizontal recevant la charge desdits registres à décalage vertical et produisant un signal de sortie, le procédé étant caractérisé en ce qu'iL comprend les opérations suivantes: a) accumuler les charges dans lesdits éLéments photodétecteurs pendant plusieurs durées intermittentes au cours d'une période verticale; b) rendre conducteurs lesdits moyens du type portes de déclenche- ment de commande de lecture à la fin de chaque dite durée et trans- férer les charges produites dans lesdits éLéments photodétecteurs auxdites registres à décalage vertical; c) méLanger les charges transférées auxdits registres à décalage vertical pendant une période verticale dans lesdits registres à décalage vertical; et d) transférer les charges mélangées via lesdits registres à déca- lage vertical audit registre à décalage horizontal.