Brevet FR2670977A1 — publié le 19920626

La présente invention concerne l'utilisation de dis- positifs semiconducteurs pour la détection d'une image. Un dispositif à couplage de charge (DCC) est un dispositif en circuit intégré qui fonctionne en transférant des "paquets" de charge dans le dispositif sous l'influence de champs électriques. Ces paquets de charge peuvent être créés de manière électrique ou optique et on peut les utiliser pour représenter à l'intérieur du dispositif un signal externe appliqué au dis- positif, par exemple une image formée sur le dispositif par un rayonnement électromagnétique. Dans un dispositif du type silicium-dioxyde de si- licium, les paquets de charge existent dans une couche de dé- plétion à la frontière entre une couche de dioxyde de silicium15 et une couche de silicium Dans un dispositif à canal de sur- face, la couche de déplétion est à la surface du dispositif, mais dans un dispositif à canal enterré, elle est légèrement au-dessous de la surface. Dans un DOC à canal de surface, il existe des "états de surface rapides" qui se vident de toute charge si le DCC n'a pas reçu de signal d'entrée pendant un certain temps Si on applique ensuite un signal, ces "états" s'emplissent à par- tir du paquet de charge et ils réémettent ensuite lentement cette charge emprisonnée lorsque le signal d'entrée est sp-25 primé Si le temps admissible pour le transfert de charge est court vis-à-vis de la constante de temps de cette réémission, la dégradation du signal devient notable. Dans le domaine des capteurs d'image rapides à DCC à canal de surface, on a proposé précédemment de minimiser cette dégradation du signal par une illumination du dispositif afin de maintenir constamment les états de surface rapidesà l'état plein, ce qui permet un transfertrapide du paquet de charge de signal, sans perturbation On appelle "zéro gras" la charge que produit cette illumination de fond, et elle est35 de façon caractéristique de 10 à 50 % de la capacité de charge du dispositif. Un effet similaire se produit dans un dispositif à couplage de charge (DCC) à canal enterré Les défauts du réseau cristallin qui provoquent le piégeage de charges dans le silicium massif sont moins nombreux dans ce cas et un ni- veau de fond correspondant à 2 à 10 % seulement de la capa- cité de charge maximale (ce qu'on appelle un "zéro maigre") est nécessaire pour permettre un transfert sans perturbation des paquets de charge de signal On constate que la nécessité d'utiliser une illumination de fond pour produire un "zéro maigre" est moins fréquente que la nécessité de produire un "zéro gras" dans un DCC à canal de surface. Diverses sources lumineuses différentes ont été proposées précédemment pour illuminer un dispositif de détec- tion d'image à DCC à canal de surface Un exemple de source lumineuse consiste en une diode électroluminescente. On utilise ici le terme "zéro renforcé" pour dési- gner un "zéro gras" lorsque le DCC est du type à canal de surface et un "zéro maigre" lorsque le DCC est du type à ca-20 nal enterrée Iza demanderesse a déterminé que dans le but de maintenir un rapport maximal entre la charge de signal et la charge de fond, il est important de faire en sorte que le niveau d'illumination de fond sur le DCC ne dépasse pas nota- blement un niveau critique, qui est le niveau minimal compa- tible avec un transfert de charge ayant une rapidité appro- priée Ainsi, au niveau critique, la capacité de charge du DCC est au "zéro renforcé". la demanderesse a déterminé que si le niveau d'il- lumination d'un dispositif interne d'illumination de fond d'un appareil de détection d'image est fixé pour un fond som- bre à l'extérieur de l'appareil de détection d'image (par exemple pour le fonctionnement de nuit), lorsque l'appareil est utilisé avec des fonds externes lumineux (correspondant35 par exemple à un ciel clair ou un sol ensoleillé), l'inten- 3 site de fond totale que reçoit le capteur d'image à DCC, qui est la somme du niveau de fond interne produit par la source lumineuse préréglée et du niveau de fond externe, est supé- rieure au niveau critique. 5 La présente invention procure un appareil de détec- tion d'image destiné à fournir une image créée par un rayon- nement électromagnétique, et comprenant un dispositif semi- conducteur à transfert de charge qui est sensible à ce rayon- nement et qui est capable de fournir un signal de sortie uti-10 le, caractérisé par des moyens pour examiner ce signal de sortie et pour en extraire un signal réel représentatif de l'intensité d'illumination du dispositif semiconducteur dans un fond de l'image, des moyens pour comparer le signal réel avec un signal de référence, et des moyens pour régler un15 niveau de polarisation dans le dispositif semiconducteur, afin de régler le signal réel par rapport au signal de réfé- rence conformément à une règle prédéterminée On peut faire varier le degré de polarisation en incorporant dans l'appa- reil une source de rayonnement électromagnétique à la fré-20 quence à laquelle le dispositif semiconducteur est sensible, en-illuminant le dispositif avec un rayonnement (qu'on appel- le ici "rayonnement de fond interne") provenant de la source, et en faisant varier l'intensité de l'illumination de fond interne dans une plage d'intensités sur laquelle le niveau25 de polarisation est affecté. Dans un dispositif semiconducteur qui est un DOC à canal de surface, le niveau de polarisation varie entre une condition de zéro "bas", dans laquelle pratiquement au- cun des états de surface rapide n'est empli, et la condition30 de zéro "gras", dans laquelle presque tous les états de sur- face sont occupés Il existe une plage analogue dans les dispositifs DCC à canal enterré. L'appareil conformé à l'invention permet de réduire l'intensité de l'illumination de fond interne lorsque l'in- tensité de fond externe augmente, de façon à maintenir à la valeur optimale le rapport entre la charge de signal et-la charge de fond, en faisant en sorte que la somme de l'illumi- nation de fond interne et externe constitue un niveau d'illu- mination de fond sur l'appareil de détection d'image sensible au rayonnement qui est optimal pour un transfert de charge rapide. Dans un mode de réalisation de l'invention, on pro- pose de faire la moyenne d'un signal de sortie vidéo d'un DCC et de comparer ce signal avec un signal de référence qui est calculé de façon à correspondre au signal de sortie vidéo moyen représentatif d'une illumination de fond optimale pour un transfert de charge rapide Si le signal de sortie vidéo mesuré est inférieur à celui qui est calculé comme étant op- timal, on actionne automatiquement des moyens destinés à augmenter la luminance d'une source lumineuse interne Si le signal de sorti Le moyen mesuré est supérieur à la valeur dé- sirée, on réduit automatiquement l'intensité de la source constituée par une lampe interne Ce circuit de commande en "boucle fermée" maintient donc la lampe à la luminance mini- male compatible avec un transfert de charge rapide, en pré- sence d'intensités de fond extérieur variables L'invention est utile dans des situations dans lesquelles on doit détec- ter un petit point lumineux dans un champ ayant une intensité lumineuse par ailleurs relativement homogène, comme par exem-25 ple lorsque le capteur d'image est équipé d'un filtre optique à bande étroite qui atténue très fortement toute la lumière qu'il reçoit, sauf celle provenant du point dont on doit dé- tecter la position. Dans de telles situations, le DCO reçoit un seul point brillant sur un fond sombre Sauf si l'intensité lumi- neuse de fond que reçoit le filtre est particulièrement éle- vée, l'intensité du rayonnement de fond reçu par le DCC est trop faible pour polariser lé dispositif au "zéro renforcé", et une source interne de rayonnement de fond est utile pour augmenter le niveau de polarisation, comme expliqué ci-dessus. Du fait que l'intensité de fond est raisonnablement uniforme sur le champ, on dispose d'une moyenne significative pour commander la source lumineuse interne. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. e REVENDTLI CATIONS 1 Appareil de détection d'image destiné à fournir une image créée par un rayonnement électromagnétique, et com- prenant un dispositif semiconducteur à transfert de charge 5 qui est sensible à ce rayonnement et qui est capable de four- nir un signal de sortie utile, caractérisé en ce qu'il com- prend des moyens pour examiner le signal de sortie et pour en extraire un signal réel représentatif de l'intensité d'il- lumination du dispositif semiconducteur dans un fond de10 l'image, des moyens pour comparer ce signal réel avec un si- gnal de référence, et des moyens pour régler un niveau de polarisation dans le dispositif semiconducteur afin de faire varier le signal réel par rapport au signal de référence con- formément à une règle prédéterminée, pour maintenir un niveau15 effectif optimal d'illumination de fond sur le dispositif à transfert de charge. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réglage du niveau de polarisation comprennent une source de rayonnement électromagnétique de20 la fréquence à laquelle le dispositif semiconducteur est sen- sible, qui est disposée de façon à illuminer le dispositif, et des moyens pour faire varier l'intensité du rayonnement émis par cette source qui tombe sur le dispositif. 3 O Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la règle prédéterminée a pour but de faire en sorte que l'intensité du rayonnement de la source qui tombe sur le dispositif soit réduite lorsque l'intensité du rayonnement du fond de l'image augmente, afin de maintenir un niveau réel optimal d'illumination de fond sur le dispositif à transfert30 de charge. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'examen et de comparaison comprennent des moyens destinés à faire la moyenne d'un signal de sortie vidéo du dispositif à transfert de charge et à comparer la35 moyenne du signal de sortie avec un signal de référence qui 7 est calculé de façon à correspondre au signal vidéo de sortie moyen qui est représentatif d'une illumination de fond opti- male pour un transfert de charge rapide. 5 e Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions l à 4, caractérisé par un filtre optique à bande étroi- te intercalé entre le dispositif à transfert de charge et la source du rayonnement électromagnétique qui crée l'image. 6 Procédé d'obtention d'une image créée par un rayonnement électromagnétique, en utilisant un dispositif se- miconducteur à transfert de charge qui est sensible à ce rayonnement et qui est capable de fournir un signal de sortie utile, caractérisé par les opérations suivantes: on examine le signal de sortie et onen extrait un signal réel représen- tatif de l'intensité d'illumination du dispositif semiconduc- teur dans un fond de l'image, on compare ce signal réel avec un signal de référence, et on règle un niveau de polarisation dans le dispositif semiconducteur pour faire varier le signal réel par rapport au signal de référence conformément à une règle prédéterminée, dans le but de maintenir un niveau ef-20 fectif optimal d'illumination de fond sur le dispositif à transfert de charge. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on accomplit l'opération consistant à régler le ni- veau de polarisation en éclairant le dispositif avec un25 rayonnement électromagnétique de la fréquence à laquelle le dispositif est sensible, à partir d'une source d'un tel rayonnement qui est adjacente au dispositif, et en faisant varier l'intensité du rayonnement provenant de cette source qui tombe sur le dispositif 30 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la règle prédéterminée a pour but de faire en sorte que l'intensité du rayonnement provenant de la source qui tombe sur le dispositif soit réduite lorsque l'intensité du rayonnement du fond de l'image augmente, afin de maintenir35 un niveau réel optimal d'illumination de fond sur le disposi- tif à transfert de charge. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on accomplit les opérations d'examen et de comparai- son en faisant la moyenne d'un signal de sortie vidéo du dis- positif à transfert de charge et en comparant le signal de sortie moyen avec un signal de référence qui est calculé de façon à être le signal de sortie vidéo moyen qui est repré- sentatif d'une illumination de fond optimale pour un transfert de charge rapide. 10 Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération qui con- siste à faire passer le rayonnement électromagnétique créant l'image par un filtre optique à bande étroite, avant que ce rayonnement tombe sur le dispositif à transfert de charge. RÉPUBLIQUE FRAN Ai SE INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE Erratum Brevet nc A 1 Demande de brevet n 84 06209 N de Publication: 2 670 977 Classification internationale: CLASST 5 H 04 N 3/15. q, ERRATUM A la rubrique 30 de la page de garde du fascicule de la demande de brevet: Il faut lire: 20 08 82 GB 8224005. A la rubrique 60 de la mene page de garde: Il faut lire: Transformation de la demande de brevet européen n 83304808 5 déposée le 19 8 83 La date indiquée en 22 est celle de la transformation (chap III du décret n 781011 du 10 octobre 1978) 8 SEP: a t IIV Pl 26 bis, rue de SaintPétersbourg 75800 Paris Cedex 08 Tél: ( 1) 42 94 52 52 Teéex: t N Pl PARIS Télécopie: ( 1) 42 93 59 30 Etablissement public national crée par la loi N O 51-444 du 19 avril 1951 o c O G