Brevet FR2884051A1 — publié le 20061006

CAPTEUR D'IMAGE CMOS A GRANDE DYNAMIQUE L'invention concerne les capteurs d'image réalisés en technologie CMOS, dont les pixels individuels, agencés en réseau matriciel, sont constitués par une photodiode associée à un groupe de grilles de transfert reliées à des conducteurs de lignes du réseau matriciel. La constitution la plus fréquente d'un pixel est celle qui est représentée à la figure 1; elle comprend quatre grilles de transfert de charges et est appelée pour cette raison "pixel à quatre transistors", les grilles de transfert étant assimilables à des grilles de transistor placées au-dessus d'un canal séparant une "source" et un "drain", ces grilles étant capables d'autoriser ou interdire le transfert de charges entre la source et le drain. Ces grilles sont formées au-dessus de la surface de zones semiconductrices formées dans un substrat de circuit intégré de type P, les sources et drains situés de part et d'autre des grilles étant des régions semiconductrices de type N diffusées dans le substrat. La photodiode est désignée par PD, et les grilles de transfert par G1, G2, G3, G4 respectivement, correspondant à des transistors Ti, T2, T3, T4 respectivement. Des conducteurs de ligne associés à une ligne de la matrice commandent tous les pixels de cette ligne. Il y a trois conducteurs de ligne pour une même ligne de la matrice; ce sont respectivement un conducteur de sélection de ligne CS, un conducteur de commande de transfert CT, et un conducteur de remise à zéro CR. Le conducteur de sélection de ligne CS commande la grille G1 du transistor de sélection de ligne T1 de tous les pixels d'une ligne déterminée de la matrice. Le conducteur de transfert CT commande la grille G2 du transistor de transfert T2. Le conducteur de remise à zéro commande la grille G3 du transistor de remise à zéro T3. Un conducteur de colonne CL est relié à la source du transistor T1 de tous les pixels d'une même colonne de la matrice. Le drain du transistor Ti est confondu avec (ou relié à) la source d'un quatrième transistor, dit transistor suiveur, T4 dont le drain 2884051 2 est relié à une tension d'alimentation Vdd commune à tous les pixels de la matrice. La grille G4 du transistor T4 est reliée à une zone N1 diffusée dans le substrat de la matrice, cette zone étant une diffusion de type N qui sert en même temps de source au transistor T3 et de drain au transistor T2; cette zone N1 est appelée noeud de stockage de charges parce qu'elle sert à stocker temporairement, le temps de les lire, les charges photogénérées par la photodiode PD. La source du transistor T2 est reliée à la photodiode PD, plus précisément du côté N de la photodiode, le côté P étant relié à une masse io de potentiel 0. Le drain du transistor T3 est relié au potentiel d'alimentation Vdd. Le fonctionnement de ce pixel est le suivant: 1. Intégration: pendant une durée d'intégration qui est une durée de trame d'environ 30 millisecondes (pour une prise d'image à une cadence de 30 hertz) la zone N de la photodiode se remplit de charges négatives par un courant photoélectrique qui est en proportion de l'éclairement du pixel. Le transistor T2 est maintenu bloqué par le conducteur de transfert CT. Le transistor T3 est, pendant ce temps, maintenu passant sous la commande du conducteur CR de remise à zéro, de sorte que le noeud de stockage N1 est maintenu au potentiel Vdd. 2. Préparation de la lecture pour une ligne de la matrice: le conducteur de remise à zéro CR de la ligne en cours de lecture bloque le transistor T3 et isole ainsi le noeud de stockage N1 qui se trouve alors au potentiel Vdd; le conducteur de sélection de ligne CS de la ligne en cours de lecture est ensuite rendu conducteur; le transistor T4 agit comme transistor suiveur et reporte sur le conducteur de colonne un potentiel égal au potentiel Vdd du noeud de stockage moins la tension de seuil du transistor suiveur; le conducteur de colonne se charge ainsi à un premier potentiel de référence représentant, à cette tension de seuil près, le potentiel du noeud de stockage au moment où ce noeud est connecté à l'alimentation Vdd; ce potentiel de référence est échantillonné dans la capacité d'échantillonnage d'un échantillonneur bloqueur non représenté, placé en bout de colonne. 2884051 3 3. Transfert de charges et lecture proprement dite: le conducteur de transfert CT commande la mise en conduction du transistor T2, autorisant ainsi le transfert, depuis la photodiode jusqu'au noeud de stockage N1, des charges photogénérées, présentes à cet instant dans la zone N de la photodiode; le potentiel de ce noeud diminue en proportion des charges déversées donc en proportion de l'éclairement reçu et intégré par la photodiode; le transistor suiveur T4 transmet ce potentiel, diminué de la tension de seuil du transistor, sur le conducteur de colonne CL; la tension de seuil n'a pas varié, c'est la même que pendant la phase 2 de préparation de la lecture; l'échantillonneurbloqueur agit classiquement par soustraction et mesure donc la différence entre le potentiel de référence et le nouveau potentiel appliqué au conducteur de colonne, cette différence représentant la quantité de charges photogénérées dans le pixel puisque la tension de seuil, ainsi que le bruit associé à la prise du premier échantillon, tous deux inchangés, s'éliminent dans la soustraction. 4. Préparation de l'intégration suivante: le conducteur de transfert CT bloque à nouveau le transistor T2 et interrompt la communication entre la photodiode (vidée de ses charges et prête pour une nouvelle intégration) et le noeud de stockage N1. 5. Remise à zéro du noeud de stockage: le transistor T3 est à nouveau rendu conducteur par le conducteur CR et le noeud de stockage repasse au potentiel Vdd. On lit alors la ligne suivante (étapes 2, 3, 4, 5), et ainsi de suite, pendant que de nouvelles charges photogénérées commencent immédiatement à être intégrées dans la ligne qui vient d'être lue. La figure 2 représente une coupe partielle du pixel à travers différentes régions (bien que ces régions ne soient pas alignées à la suite les unes des autres, on les a représentées comme alignées de manière que toutes les régions puissent être vues), et notamment: photodiode PD, grille G2 du transistor T2, noeud de stockage N1 et grille G3 du transistor T3. La photodiode peut-être réalisée par une diffusion P+ reliée à un potentiel de masse, au-dessus d'une zone N+ dans laquelle s'accumulent les charges photogénérées. 2884051 4 La figure 3 représente, en correspondance avec la figure 2, les potentiels à la surface supérieure du substrat, dans la photodiode et sur le noeud de stockage, ainsi que sous les grilles G2 et G3 à différents stades: figure 3a pendant la phase d'intégration de charges; figure 3b pendant la phase de préparation de la lecture; figure 3c pendant la phase de transfert de charges; figure 3d pendant l'intégration mais en cas d'éclairement trop intense. La représentation des potentiels sous forme de puits et barrières pour les électrons est celle qui est utilisée classiquement pour expliquer le fonctionnement des dispositifs à transfert 1 o de charges; les potentiels positifs sont croissants vers le bas. Figure 3a: les transistors T2 et T3 sont bloqués pendant la phase d'intégration, de sorte que les charges photogénérées dans la photodiode sont accumulées dans un puits de potentiel formé dans la région de type N de la photodiode. Le noeud de stockage N1 est vide de charges, étant relié au potentiel Vdd pendant toute la phase d'intégration de charges. Le niveau de potentiel dans la photodiode est directement proportionnel à l'accumulation de charges pendant les trente millisecondes que dure chaque intégration, et cette accumulation représente l'intégrale du courant généré par l'éclairement. Ce niveau ne peut pas dépasser le niveau de la barrière de potentiel formée sous la grille G2; en effet, au-delà, les charges de la photodiode se déversent dans le noeud de stockage et de là dans l'alimentation Vdd. La hauteur de la barrière de potentiel sous la grille G2 définit donc l'éclairement maximal que peut mesurer le pixel; au-delà, il y a saturation; la quantité maximale de charges stockable dans le puits de potentiel constitué sous la photodiode est essentiellement le produit de la profondeur V du puits (en volts) par la capacité de la photodiode; la profondeur est la différence entre un niveau de référence de la photodiode en l'absence de charges d'éclairement et le sommet de la barrière de potentiel sous la grille G2; la capacité est proportionnelle à la superficie de la photodiode. La figure 3b montre la phase de préparation de la lecture: une barrière de potentiel est établie sous la grille G3 de sorte que le noeud de 35 stockage N1 est isolé de la tension Vdd. 2884051 5 La figure 3c montre la phase de transfert de charges de la photodiode vers le noeud de stockage. La barrière de potentiel sous la grille G2 est complètement abaissée de sorte que toutes les charges contenues dans la photodiode peuvent se déverser dans le noeud de stockage qui est à un potentiel Vdd plus bas que le potentiel de référence de la photodiode vide de charges. Le noeud de stockage voit son potentiel diminué d'une tension Vs qui est égale à la quantité de charges photogénérées divisée par la capacité Cnd du noeud de stockage. La quantité de charges est elle-même égale au courant photoélectrique (proportionnel à l'éclairement E) multiplié par le temps d'intégration. La figure 3d montre ce qui se passe pendant la phase d'intégration en cas de débordement du puits de potentiel, c'est-à-dire lorsque l'éclairement engendre, avant la fin de la durée d'intégration de 30 millisecondes, une quantité de charges supérieure à la contenance du puits de potentiel de la photodiode; les charges en excès se déversent vers le noeud de stockage et sont évacuées vers la ligne d'alimentation Vdd; le puits reste rempli d'une quantité de charges fixe jusqu'à la fin de la durée d'intégration. Lors du transfert de charges vers le noeud de stockage, la totalité des charges du puits de potentiel est vidée dans le noeud de stockage. La courbe de réponse du pixel, qui représente une tension de sortie du pixel Vs (ou une tension proportionnelle à vs) en fonction de l'éclairement E est donc classiquement comprise comme étant celle de la figure 4, avec une zone linéaire ZL, et une zone de saturation ZS qui comprend un coude et une partie horizontale; les échelles de cette courbe sont données seulement à titre indicatif; les appareils de prise de vue et leurs circuits numériques de traitement d'image sont conçus en général pour faire travailler le capteur essentiellement dans la zone linéaire, car si on entre dans la partie horizontale de la courbe, l'information de luminance cesse d'être complète puisqu'elle ne permet que de dire que la luminance est égale ou supérieure au seuil de saturation. L'exposition est donc réglée de sorte que la luminance moyenne soit au milieu de la zone linéaire et les circuits de traitement d'image codent donc la tension de sortie en pratique d'une manière telle que le niveau numérique maximal (par exemple niveau 255 pour un 2884051 6 codage de 0 à 255, à savoir un codage sur 8 bits) corresponde à un éclairement situé à l'intérieur de la zone linéaire ZL. Selon l'invention on s'est aperçu qu'en affinant l'analyse de ce phénomène de saturation, on pouvait tirer des possibilités nouvelles pour 5 la réalisation de capteurs d'image à très grande dynamique. Par "dynamique" du capteur, on entend la gamme de luminances pour laquelle le capteur peut donner des niveaux de gris différents lorsque les luminances sont différentes. Par conséquent, un capteur à très grande dynamique est un capteur qui peut établir des niveaux de gris différents les uns des autres dans des domaines de luminance allant de très faibles luminances à de très grandes luminances. Lorsqu'on considère la figure 4, on comprend que la dynamique comporte la zone linéaire ZL mais pas la zone de saturation ZS puisque dès lors qu'on atteint la zone de saturation ou presque, les niveaux de luminance ne peuvent plus être distingués les uns des autres. A cet effet, l'invention propose de choisir pour la barrière de potentiel créée sous une grille adjacente à la photodiode un niveau de potentiel ajustable tel que la courbe de tension de sortie en fonction de l'éclairement au bout d'une durée fixe d'intégration comporte une zone linéaire suivie d'un coude situé à une position ajustable et suivie d'une zone logarithmique. L'invention propose donc un capteur d'image en technologie CMOS dont les pixels individuels, agencés en réseau matriciel, sont constitués par une photodiode associée à un groupe de grilles de transfert reliées à des conducteurs de lignes du réseau matriciel, parmi lesquelles au moins une grille de transfert adjacente à la photodiode, caractérisé en ce que la grille adjacente est reliée à un circuit de commande, le circuit de commande étant apte à appliquer à la grille, pendant une phase d'intégration de charges dans la photodiode, une tension de blocage dont la valeur est ajustable. La grille adjacente à la photodiode est de préférence une grille qui sépare la photodiode d'un noeud de stockage de charges, cette grille recevant du circuit de commande une tension de mise en conduction pendant une phase de transfert de charges de la photodiode vers le noeud de stockage postérieure à la phase d'intégration. 2884051 7 De préférence, la grille adjacente à la photodiode recouvre une zone semi-conductrice assez faiblement dopée pour que la tension de seuil de mise en conduction de la zone semiconductrice soit pratiquement nulle; le dopage de cette zone peut-être égal à celui du substrat dans lequel sont formés les pixels, par exemple de l'ordre de 1015 atomes par cm3 d'impuretés. Le circuit de commande reçoit de préférence des informations issues d'un histogramme de l'image globale vue par le capteur, et est apte à établir une tension sur la grille qui dépend de l'histogramme, notamment une tension plus élevée pour une image présentant à la fois de très faibles et de très fortes luminosités (cas d'une image en contre-jour). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite 15 en référence aux dessins annexés dans lesquels: - les figures 1 et 2 déjà décrites représentent un capteur d'image de l'art antérieur; - la figure 3 représente les puits de potentiel du capteur des figures 1 et 2 au cours de diverses phases; - la figure 4 représente une courbe caractéristique tension/éclairement du capteur des figures 1 et 2; - la figure 5 représente un capteur selon l'invention; - la figure 6 représente le principe de la caractéristique tension /éclairement d'un capteur selon l'invention; - la figure 7 représente deux caractéristiques différentes, en fonction de la tension appliquée à la grille G2. - la figure 8 représente un histogramme typique d'une scène observée à contre-jour, et la conséquence qui en résulte en termes de distribution de tensions de sortie des différents pixels de l'image; - la figure 9 représente une courbe de tension en fonction de l'éclairement, mesurée, montrant le coude de la caractéristique avec la pente observée après le coude. Le capteur de la figure 5 diffère de l'art antérieur représenté à 35 la figure 1 en ce que la tension de commande de la grille G2 n'est pas 2884051 8 une tension en tout ou rien ayant un niveau haut fixe (par exemple Vdd) et un niveau bas fixe (par exemple 0 volt), mais c'est une tension dont le niveau bas est réglable. Pour le reste, la constitution générale du pixel peut être la même que celui de la figure 1. D'autre part, le transistor T2 est de préférence un transistor dit "natif", c'est-à-dire à très faible dopage sous la grille, et à très faible tension de seuil de mise en conduction. La tension de seuil de mise en conduction d'un transistor est la tension VT qu'il faut appliquer entre grille et source pour rendre franchement conducteur le canal du transistor c'est-à-dire la zone semiconductrice située sous la grille, entre la source et le drain du transistor. Une tension de seuil VT d'un transistor normal est typiquement de 0,6 à 0,7 volts. Une tension de seuil d'un transistor natif est proche de zéro, de préférence inférieure à 100 millivolts. Le dopage du canal d'un transistor normal est typiquement d'environ 1017 atomes d'impuretés par cm3; pour un transistor natif, le dopage est d'environ 1015 atomes par cm3, ce qui correspond d'ailleurs sensiblement au dopage du substrat de circuit intégré dans lequel sont formés les pixels, de sorte que le canal peut être directement constitué par le substrat sans dopage spécifique supplémentaire. On a remarqué qu'en cas d'éclairement intense d'un pixel, tendant à remplir la photodiode d'une quantité de charges supérieure à la capacité théorique de stockage de la photodiode, la tension de sortie du pixel, représentant le niveau d'éclairement, pouvait varier, et cela d'une manière qui dépend du niveau de tension présent sur la grille G2 pendant la phase d'intégration de charges. La présente invention se propose d'exploiter cette remarque inattendue (contraire à l'idée généralement répandue qu'au-delà d'un éclairement donné qui représente la fin de la partie linéaire ZL de la caractéristique, la saturation de la photodiode rend constante la tension de sortie Vs du pixel). Plus précisément, on a remarqué que la caractéristique de tension de sortie Vs du pixel en fonction de l'éclairement E pouvait prendre l'allure générale représentée à la figure 6, avec une zone linéaire ZL1 où la tension de sortie Vs est proportionnelle à l'éclairement, un coude, et une zone à peu près logarithmique ZL2 dont la pente initiale est plus faible que la pente de la zone ZL1 et est décroissante. Ce résultat 2884051 9 inattendu mais vérifié expérimentalement peut s'expliquer de la façon suivante: - pour la zone ZL1, l'explication est l'explication classique l'éclairement est tel que le puits de potentiel sous la photodiode se remplit régulièrement de charges pendant une durée de trame (en général 30 millisecondes), à une vitesse proportionnelle à l'éclairement du pixel; cet éclairement est insuffisant pour que le puits soit rempli au bout de la période d'intégration de 30 ms; par conséquent, les charges ne débordent pas du puits; le puits est fermé latéralement par des barrières 1 o de potentiel sensiblement plus élevées que le potentiel atteint par la photodiode à la fin de la période de trame; la quantité de charges en fin d'intégration est proportionnelle au courant photoélectrique (lui-même proportionnel à l'éclairement E) multiplié par le temps d'intégration (durée de trame 30 ms) ; la tension de sortie Vs du pixel, résultant du déversement de toutes ces charges dans le noeud de stockage, est égale à la quantité de charges divisée par la capacité Cnd du noeud de stockage; la position du coude dépend de la tension appliquée sur la grille G2 pendant la phase d'intégration de charges puisque cette tension règle la hauteur de la barrière de potentiel qui confine les charges dans le puits de potentiel de la photodiode; - pour la zone ZL2, l'explication est plus complexe, détaillée ci-dessous, et se résume à dire que le puits de potentiel est rempli trop vite (en moins de 30 millisecondes) et va déborder, mais qu'il présente une hauteur variable dépendant du courant d'éclairement et non pas une hauteur fixe dépendant uniquement de la tension appliquée à la grille G2; cette hauteur variable résulte de la caractéristique courant tension sous le seuil des transistors MOS. Elle se traduit par le fait que la tension de sortie Vs du pixel n'est pas fixe mais croissante avec l'éclairement, d'une manière logarithmique. En effet, le débordement se produit à partir du moment où l'éclairement est tel que le puits de potentiel est complètement rempli avant la fin de la période d'intégration; la quantité de charges qu'il contient est Cph*Vo où Vo représente la profondeur V du puits de potentiel sous la photodiode à ce moment et Cph représente la capacité 2884051 10 de la photodiode; le puits commence ensuite à déborder; mais, il déborde avec un débit égal au débit d'arrivée de charges, de la même manière qu'un récipient de liquide trop plein, et qu'on continue à remplir, déborde de toute la quantité de liquide qu'il continue à recevoir; le débordement se fait sous la grille G2 pendant toute la période d'intégration qui reste avant la fin de la durée de trame; ce débordement est un courant électrique de source de transistor, égal au courant photoélectrique engendré par l'éclairement; le transistor est en régime de faible inversion car il y a une faible tension entre sa grille et sa source (la io grille G2 est au niveau bas pour fermer la barrière de potentiel) ; or le courant d'un transistor en régime de faible inversion est régi par une équation qui le lie de manière biunivoque à la tension grille-source Vgs. La source est ici la photodiode et son potentiel est fixé par la quantité de charges photogénérées qu'elle a accumulées. La différence entre ce potentiel et le potentiel présent sous la grille G2 va donc varier en fonction du courant sous la grille, donc en fonction du courant de débordement, qui est justement le courant d'éclairement lec, du pixel. Cet écart va se réduire pour des courants photoélectriques élevés, augmentant ainsi de façon non linéaire - la quantité de charges stockées dans la photodiode. L'équation qui lie la tension grille-source et le courant en régime de faible inversion est du type I=IO.e(Vgs-')q' où Io est une constante dépendant des dimensions de la grille, Vgs est la tension grille-source, pour un courant 1 donné, VT est la tension de seuil du transistor dont la grille est G2 (ici une tension de seuil très proche de zéro), K est la constante de Boltzman, T la température absolue et q la charge de l'électron, kT/q étant une constante de 26 millivolts environ à température ambiante ordinaire. Cette équation exponentielle revient à dire que la tension Vgs augmente d'environ (LogX).26 mV, lorsque le courant de débordement donc le courant d'éclairement lec, est multiplié par une valeur X, soit environ 70 millivolts pour X=10; cela revient à dire que la hauteur du puits de potentiel augmente de 70 millivolts par décade de courant en régime de saturation. La quantité de charges accumulée dans le puits dépend donc de l'intensité du courant d'éclairement en régime de débordement, 2884051 11 c'est-à-dire après remplissage complet du puits de potentiel fermé par la grille G2. Cette variation de profondeur dVgs = (LogX)*kT/q du puits de potentiel, de 70 millivolts par décade de courant, correspond à une quantité de charges supplémentaires stockables dans la photodiode pour une multiplication par X du courant d'éclairement au-delà du coude. Cette quantité de charges supplémentaires est dVgs*Cph si la capacité de la photodiode est Cph. Une fois stockée dans le noeud de stockage, cette quantité de charges se traduit par une variation de tension de sortie dVs=dVgs*Cph/Cnd. Par conséquent si le courant d'éclairement qui amène tout juste à un débordement au bout de 30 millisecondes est loec, (éclairement Eo), et si la tension de sortie correspondante du pixel est alors Vso, on peut dire que la tension de sortie pour un éclairement E=X*Eo qui produit un courant de débordement loci = X*loec, est Vs=Vso + dVgs*Cph/Cnd, soit Vs = Vso + (Cph/Cnd)(LogX)*kT/q On fait ici pour simplifier l'explication l'hypothèse que la tension du noeud de stockage est convertie en une tension de sortie avec un gain constant, qu'on supposera ici égal à 1; la tension de sortie du capteur pour un pixel donné subit dans la zone de suréclairement ZL2 une variation logarithmique en fonction de l'éclairement, de 70mV*Cph/Cnd lorsque l'éclairement est multiplié par 10. On suppose bien sûr aussi que la zone de stockage est capable de recevoir la totalité des charges recueillies par la photodiode. La position du coude de la caractéristique de la figure 6 est directement liée à la hauteur de la barrière de potentiel sous la grille G2 en l'absence de débordement. Cette hauteur est déterminée par la valeur du potentiel bas Vg2b appliqué à la grille G2 pendant la phase d'intégration et la phase de préparation de la lecture. Ce potentiel bas Vg2b est classiquement égal à zéro. Ici, on choisit d'avoir un potentiel réglable pour avoir une variation de la position du coude de la caractéristique tension/éclairement.; si on l'augmente, on abaisse la barrière de potentiel, et par conséquent on abaisse le seuil de débordement de la photodiode. 2884051 12 La figure 5 montre schématiquement un circuit de commande CN de la ligne CT qui contrôle la grille G2 de tous les pixels d'une ligne. La tension appliquée par ce circuit prend deux niveaux possibles selon le moment de la séquence de lecture (une commande de séquencement SEQ est représentée) : - un niveau haut Vg2h de mise en conduction pendant un bref intervalle de temps de transfert de charges de la photodiode vers le noeud de stockage N1; le niveau haut peut être la tension d'alimentation Vdd; il doit permettre un abaissement suffisant de la barrière de potentiel qui sépare io la photodiode du noeud de stockage, pour autoriser un déversement complet des charges de la photodiode vers le noeud de stockage - un niveau bas de blocage Vg2b pendant l'intégration de charges (30 millisecondes) ; ce niveau bas est réglable; le réglage se fait par une entrée de réglage de niveau RN; l'entrée de réglage de niveau peut recevoir un signal en provenance d'un circuit de traitement de signal, par exemple un circuit PS qui analyse la globalité de l'image reçue. La figure 7 représente deux caractéristiques différentes de tension de sortie Vs en fonction de l'éclairement E du pixel, établies pour deux tensions Vg2b différentes au niveau bas: une tension Vg2bl plus basse, et une tension Vg2b2 légèrement plus élevée. L'ordre de grandeur des variations de tension de Vg2b est de quelques centaines de millivolts lorsque la plage de variations linéaires de la tension de sortie Vs est elle aussi de quelques centaines de millivolts. La zone logarithmique peut s'étendre sur plusieurs décades de courant lorsque la tension Vg2b est suffisamment élevée. Pour le niveau Vg2bl plus bas, la barrière de potentiel qui ferme la photodiode est plus haute que pour le niveau Vg2b2 et la zone ZL1 s'étend plus loin, la photodiode étant capable de stocker plus de charges sans débordement pour un même temps d'intégration. La pente de la caractéristique dans la zone linéaire ZL1 est indépendante de la tension Vg2b. La pente logarithmique de la caractéristique non linéaire ZL2 est la même dans les deux cas, 70mV*Cph/Cnd par décade d'intensité d'éclairement; mais la partie logarithmique démarre pour un éclairement plus faible puisque le coude apparaît plus tôt. 2884051 13 On a donc une caractéristique qui présente deux avantages importants: - d'une part lorsque le sujet est placé à contre-jour l'appareil de prise de vue peut être réglé pour une exposition sur le sujet sombre et on peut cependant obtenir une différentiation des forts éclairements et non pas un niveau uniforme de blanc; - d'autre part un réglage de l'équilibre entre la zone sombre et la zone éclairée est possible en agissant sur la position du coude de la caractéristique par l'intermédiaire d'un réglage de la tension Vg2b: une io portion plus oumoins grande de la zone logarithmique peut être affectée au codage numérique de l'image. Typiquement, sur l'échelle des tensions en ordonnée de la caractéristique tension/éclairement, de 20% à 50% de la plage de codage peut être réservée à la zone logarithmique, le reste étant affecté à la zone linéaire. Le choix de cette proportion est défini par réglage du potentiel Vg2b à partir du circuit CN. La figure 8 représente un histogramme typique de sujet sombre placé à contre-jour: l'histogramme présente deux zones, l'une correspondant à un grand nombre de pixels recevant des éclairements faibles et l'autre correspondant à un grand nombre de pixels fortement éclairés. Pour un tel type de sujet, on règle classiquement l'exposition soit sur le sujet sombre, mais alors la partie claire est complètement saturée et apparaît uniformément blanche, soit sur la partie éclairée, mais alors le sujet apparaît entièrement noir. Avec le capteur selon l'invention, il est possible de régler l'exposition sur la partie sombre du sujet et donc de distinguer les uns des autres les éclairements faibles grâce à la caractéristique linéaire ZL1, tout en ayant des niveaux différenciés pour la partie fortement éclairée grâce à la caractéristique logarithmique ZL2. En supposant par exemple que l'histogramme est tel qu'un groupe de pixels est globalement centré entre deux éclairements El et E2 assez faibles et qu'un autre groupe de pixels correspond à des éclairements beaucoup plus forts que E2, on peut régler l'exposition autour de l'éclairement moyen entre El et E2, et régler la valeur de Vg2b de telle manière que le coude de la caractéristique se situe aux environs de E2. La discrimination entre les éclairements compris entre El et E2 est celle qu'on 2884051 14 attend normalement du capteur. Pour les éclairements forts, au-delà de E2, la discrimination est plus faible, mais elle existe et elle correspond à une variation de tension de sortie Vs d'environ 70mV*Cph/Cnd chaque fois que l'éclairement est multiplié par 10 à partir de la valeur E2. Pour certains types d'image on souhaitera disposer d'une bonne discrimination linéaire dans des parties très sombres (coude placé très bas) et d'une discrimination logarithmique plus faible mais non nulle dans tout le reste de l'image. Pour d'autres types d'image on souhaitera disposer d'une discrimination linéaire jusqu'à un niveau de luminosité relativement important io et seules les parties très lumineuses seront discriminées logarithmiquement. En pratique, il est souhaitable que la commande du niveau de tension Vg2b soit effectuée soit manuellement soit automatiquement en fonction de la connaissance de l'image prise, c'est-à-dire en fonction de l'histogramme présumé de cette image. C'est pourquoi on a représenté sur la figure 5 un circuit de traitement PS qui permet de déterminer, en fonction d'un réglage par l'utilisateur et/ou en fonction d'un histogramme relevé à partir d'une image en cours d'observation, une tension Vg2b à appliquer aux pixels pendant la phase d'intégration de charges. Typiquement, on prévoira que le circuit de commande (CN) reçoit des informations issues d'un histogramme de l'image globale vue par le capteur, et est apte à établir une tension Vg2b sur la grille qui dépend de l'histogramme, notamment une tension plus élevée pour une image en contre-jour présentant deux groupes dominants dont un groupe de pixels très sombres et un groupe de pixels très éclairés dont la moyenne d'éclairement est de plusieurs dizaines de fois l'éclairement moyen du groupe de pixels sombres. La figure 9 représente une courbe mesurée, montrant le coude de la caractéristique et la pente observée après le coude. La courbe est tracée en échelle logarithmique sur les deux axes; elle est graduée en éclairement en abscisse et en unités binaires de niveau de sortie en ordonnée (sur 8 bits, soit de 1 à 256). Elle montre une zone linéaire sur environ deux décades, suivie d'une autre zone presque linéaire sur deux autres décades. On a ainsi décrit un capteur d'image à très grande dynamique. L'invention est applicable non seulement à la structure de pixel des figures 1 et 5, mais aussi à toute structure dans laquelle la photodiode est adjacente à une grille de transistor dont le drain est connecté pendant la 2884051 15 phase d'intégration à une source de tension Vdd, c'est-à-dire que la grille commandée par un niveau bas réglable n'est pas nécessairement la grille G2 qui sépare la photodiode d'un noeud de stockage. Ainsi l'invention est applicable à une structure de pixel telle que celle de la demande de brevet FR03 06202 et la tension réglable au niveau bas peut être celle de la grille qui sépare la zone photosensible de la tension d'alimentation Vdd. Le capteur selon l'invention est plus intéressant pour un capteur d'image en noir et blanc que pour un capteur couleur étant donné que les courbes de luminance des différentes couleurs sont plus difficiles à équilibrer o lorsqu'elles ne sont pas linéaires. 2884051 16 REVENDICATIONS 1. Capteur d'image en technologie CMOS dont les pixels individuels, agencés en réseau matriciel, sont constitués par une photodiode (PD) associée à un groupe de grilles de transfert reliées à des conducteurs de lignes du réseau matriciel, parmi lesquelles au moins une grille de transfert (G2) adjacente à la photodiode, caractérisé en ce que la grille (G2) adjacente à la photodiode est reliée à un circuit de commande (CN), le circuit de commande étant apte à appliquer à la grille, pendant une phase d'intégration de charges dans la photodiode, une tension de blocage (Vg2b) dont la valeur est ajustable. 2. Capteur d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille (G2) adjacente à la photodiode est une grille séparant la photodiode d'un noeud de stockage de charges (Ni), cette grille recevant du circuit de commande (CN) une tension de mise en conduction (Vg2h) pendant une phase de transfert de charges de la photodiode vers le noeud de stockage, postérieure à la phase d'intégration. 3. Capteur d'image selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la grille adjacente à la photodiode recouvre une zone semiconductrice assez faiblement dopée pour que la tension de seuil de mise en conduction de la zone semiconductrice soit pratiquement nulle. 4. Capteur d'image selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone semiconductrice recouverte par la grille est dopée comme le substrat semiconducteur dans lequel sont formés les pixels. 5. Capteur d'image selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit de commande (CN) reçoit des informations issues d'un histogramme de l'image globale vue par le capteur, et est apte à établir une tension sur la grille qui dépend de l'histogramme, notamment une tension plus élevée pour une image en contre-jour présentant deux 2884051 17 groupes dominants dont un groupe de pixels très sombres et un groupe de pixels très éclairés.