Brevet FR3072466A1 — publié le 20190419

CIRCUIT DE TRAITEMENT DE SORTIE DE PIXEL AVEC CAPACITÉ DE TÉLÉMÉTRIE LASER (LRF) CONTEXTE DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un réseau de plan focal, et plus particulièrement un circuit de traitement de sortie de pixel doté d'une capacité de télémétrie laser (LRF). 2. Description de l'état de la technique Un réseau de plan focal (FPA) peut inclure un réseau de pixels qui reçoit des impulsions laser réfléchies par une cible. Le FPA peut effectuer des opérations de télémétrie 10 laser (LRF) pour déterminer une distance d'une source laser colocalisée à proximité du FPA par rapport à un objet ciblé par une impulsion laser générée par la source laser. La distance est déterminée par la mesure du temps de vol (TOF) d'une impulsion laser de la source laser à la cible et inversement. Les techniques LRF peuvent déterminer la distance jusqu'à la cible. Un pixel classique capable de LRF détermine le temps d'arrivée (TOA) d'une impulsion 15 laser réfléchie détectée en effectuant une comparaison dans le pixel et en stockant une valeur analogique ou numérique dans le pixel représentatif du TOA. Dans une mise en oeuvre numérique classique, la sortie du comparateur verrouille une valeur de compteur numérique, qui est stockée en mémoire dans le pixel et lue ultérieurement par un circuit de lecture. Dans une mise en oeuvre analogique classique, la sortie du comparateur verrouille une valeur de rampe 20 analogique sur un condensateur local du pixel qui est lu ultérieurement par un circuit de lecture. La mise en oeuvre classique utilise des composants, tels qu'un amplificateur à large bande passante, un comparateur et/ou un dispositif de stockage inclus dans le pixel. Bien que les procédés et systèmes classiques aient généralement été considérés comme satisfaisants pour leur usage, il existe toujours un besoin dans la technique d'un circuit de 25 traitement de sortie de pixel qui est externe au pixel et possède des capacités LRF. La présente invention propose une solution à ce problème. RÉSUMÉ DE L'INVENTION L'objectif et les avantages des modes de réalisation illustrés décrits ci-dessous seront exposés et apparaîtront dans la description qui suit. Des avantages supplémentaires des modes de 30 réalisation illustrés seront réalisés et obtenus par les dispositifs, les systèmes et les procédés 2 particulièrement indiqués dans la description écrite et ses revendications, ainsi que dans les dessins joints en annexe. Pour obtenir ces avantages, ainsi que d'autres, et conformément à l'objectif des modes de réalisation illustrés, selon un aspect, l'invention concerne un circuit de traitement de sortie de 5 pixel d'un réseau de plan focal (FPA) ayant une pluralité de pixels de télémétrie laser (LRF). Les pixels LRF respectifs émettent un signal analogique haute fréquence en réponse à la détection d'une impulsion laser réfléchie. Le circuit de traitement de sortie de pixel inclut un réseau commun et un circuit de détection. Le réseau commun est connecté à un transistor d'amplification de chacun des pixels LRF afin de recevoir des signaux analogiques générés par les pixels LRF respectifs. Le circuit de détection est couplé au réseau commun et produit un indicateur d'impulsion en réponse à la détection qu'un signal analogique haute fréquence a été reçu par le réseau commun. Dans des modes de réalisation, le circuit de traitement de sortie de pixel comprend en outre un circuit de synchronisation qui synchronise l'indicateur d'impulsion avec au moins l'une d'une émission d'un signal de synchronisation connu et d'une impulsion laser provenant d'une source laser. Dans des modes de réalisation, le circuit de détection comprend au moins un comparateur et/ou un amplificateur. Dans des modes de réalisation, le comparateur compare une tension associée au réseau commun à une tension associée à un réseau de référence. De plus, dans des modes de réalisation, l'ensemble du circuit de détection est externe à 20 chacun des pixels. Dans des modes de réalisation, chacun des pixels LRF est inclus dans un premier sous-ensemble de pixels du FPA, et les pixels d'un second sous-ensemble de pixels du FPA ne sont pas couplés au circuit de traitement de sortie de pixel. Dans des modes de réalisation, le circuit de détection inclut au moins un comparateur et/ou un amplificateur de détection. 25 De plus, dans des modes de réalisation, le circuit de détection inclut au moins un amplificateur de détection de mode de tension. Dans des modes de réalisation, l'au moins un amplificateur de détection de mode de tension compare une tension associée au réseau commun à une tension associée à un réseau de référence. Dans des modes de réalisation, les transistors d'amplification sont couplés à l'amplificateur de détection de mode de tension sous forme d'au 30 moins l'un d'un dispositif d'excursion haute et d'un dispositif d'excursion basse. En outre, dans des modes de réalisation, le circuit de synchronisation inclut un dispositif 3 de comptage qui commence le comptage en réponse à la notification d'émission de l'impulsion laser provenant de la source laser et un verrou de compteur qui enregistre une valeur de comptage indiquant le comptage par le compteur en réponse à la notification de génération de l'indicateur d'impulsion. 5 Dans des modes de réalisation, l'intervalle de temps entre la détection de l'impulsion laser réfléchie par l'un des pixels LRF et la génération de l'indicateur d'impulsion est inférieur à 10 ns. Dans des modes de réalisation, l'intervalle de temps entre la détection de l'impulsion laser réfléchie par l'un des pixels LRF et la génération de l'indicateur d'impulsion est inférieur à 5 ns. Dans des modes de réalisation, l'intervalle de temps entre la détection de l'impulsion laser 10 réfléchie par l'un des pixels LRF et la génération de l'indicateur d'impulsion est inférieur à 2 ns. Dans des modes de réalisation, la synchronisation de la génération de l'indicateur d'impulsion est proportionnelle à une distance entre le FPA et un objet dont l'impulsion laser détectée par le signal de pixels LRF a été réfléchie. Selon d'autres aspects de l'invention, un FPA est fourni et inclut un réseau de pixels de 15 télémétrie laser (LRF) et le circuit de traitement de sortie de pixel. Selon d'autres aspects de l'invention, un appareil LRF est décrit, lequel comprend une source laser, un FPA ayant un réseau de pixels LRF et le circuit de traitement de sortie de pixel. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Pour que l'homme du métier concerné par la présente invention comprenne facilement comment fabriquer et utiliser les dispositifs et procédés de la présente invention sans expérimentation excessive, des modes de réalisation de ceux-ci seront décrits en détail ci-dessous en référence à certaines figures, dans lesquelles : La figure 1 représente un diagramme schématique d'un exemple de mode de réalisation d'un circuit de traitement de sortie de pixel pour un réseau de pixels avec une capacité de télémétrie laser (LRF) selon des modes de réalisation de la présente invention ; La figure 2 représente un diagramme schématique d'un exemple de mode de réalisation d'un FPA qui inclut des pixels avec des capacités LRF selon des modes de réalisation de la présente invention ; La figure 3 représente un diagramme schématique d'un exemple d'amplificateur de détection pour traiter la sortie de pixels LRF connectés à l'amplificateur de détection selon des modes de réalisation de la présente invention ; et 4 La figure 4 représente un autre exemple de mode de réalisation d'un circuit de traitement de sortie de pixel pour un réseau de pixels avec des capacités LRF selon des modes de réalisation de la présente invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE 5 On se référera maintenant aux dessins, dans lesquels des numéros de référence identiques identifient des caractéristiques ou des aspects structurels similaires de la présente invention. À des fins d'explication et d'illustration, et non de limitation, un diagramme schématique d'un exemple de mode de réalisation d'un circuit de traitement de sortie de pixel connecté à un réseau de pixels de télémétrie laser (LRF) d'un réseau de plan focal (FPA) selon l'invention est 10 représenté à la figure 1 et est désigné de manière générale par le caractère de référence 100. D'autres modes de réalisation d'un circuit de traitement de sortie de pixel selon l'invention, ou des aspects de celle-ci, sont fournis sur les figures 2 à 4, comme cela sera décrit. Comme décrit plus en détail ci-dessous, le circuit de traitement de sortie de pixel 100 peut être inclus dans un réseau de plan focal (FPA) qui inclut un réseau de pixels. Le circuit de 15 traitement de sortie de pixel 100 peut traiter des signaux générés par un réseau de pixels LRF. Le réseau de pixels LRF peut être l'ensemble du réseau de pixels du FPA ou un sous-réseau du réseau de pixels du FPA. Le réseau de pixels LRF est connecté au circuit de traitement de sortie de pixel 100 par des transistors d'amplification 10 des pixels respectifs. Les transistors d'amplification 10 sont configurés dans un réseau de transistors d'amplification 102 qui 20 correspond à la configuration du réseau de pixels LRF. Dans le mode de réalisation représenté, le réseau de transistors d'amplification 102 est un réseau 8X8 comportant des lignes R0-R7 et des colonnes C0-C7, mais la taille du réseau n'est pas limitée à l'exemple représenté. Un pixel LRF est défini comme un pixel ayant une capacité de télémétrie laser (LRF). Pour être considéré comme ayant une capacité LRF, un tel pixel est capable de recevoir une 25 impulsion de photocourant de courte durée (de l'ordre de nanosecondes à des dizaines de nanosecondes) à son entrée et de fournir une réponse de tension à sa sortie dans les 10 ns de l'événement de photocourant pulsé d'entrée. Chaque transistor d'amplification 10 du réseau de transistors d'amplification 102 correspond à un pixel LRF. Les transistors d'amplification 10 induisent une excursion de tension de sortie sur le signal de sortie LRF_common, indiquant 30 quand le pixel LRF a détecté un signal haute fréquence. L'excursion de tension sur le signal de sortie LRF_common est détectée par le circuit de traitement de sortie de pixel 100, où elle est 5 analysée pour déterminer le temps d'arrivée. Comme décrit plus en détail ci-dessous, le circuit de traitement de sortie de pixel 100 peut effectuer une détection de temps d'arrivée et une génération d'horodatage du signal de sortie LRF par un ou plusieurs des pixels LRF. L'horodatage peut être traité par rapport à un signal 5 numérique synchronisé indiquant l'émission d'une impulsion laser d'origine par une source laser 104 afin de déterminer un temps de vol entre l'émission du signal d'impulsion laser d'origine et la détection d'une impulsion laser réfléchie détectée par un ou plusieurs des pixels LRF. La source laser 104 est colocalisée avec le FPA ou est située à une position fixe par rapport au FPA, de sorte qu'un décalage de temps de vol connu peut être appliqué. 10 Dans des modes de réalisation, le FPA est un FPA monomode dans lequel chacun des pixels inclus dans le réseau de pixels est un pixel LRF monomode. Dans des modes de réalisation, le FPA est un FPA multimode capable d'exécuter au moins deux fonctions d'imagerie, de détection d'impulsion laser et de LRF. Le FPA multimode peut inclure des pixels monomodes et/ou multimodes. Un pixel monomode est configure pour effectuer une opération 15 d'imagerie, de détection d'impulsion laser et de LRF. Un pixel multimode est configure pour effectuer au moins deux opérations d'imagerie, de détection d'impulsion laser et de LRF. Dans un exemple d'application d'un FPA multimode, le FPA monomode ou le FPA multimode peut être inclus dans un appareil, tel qu'une caméra utilisée pour la télémétrie laser et, éventuellement, pour une imagerie associée à des impulsions laser émises par des désignateurs 20 laser militaires et réfléchies par des cibles, comme l'infrarouge proche (NIR), l'infrarouge de courte longueur d'onde (SWIR), l'infrarouge de longueur d'onde moyenne (MWIR), l'infrarouge de longue longueur d'onde (LWIR). D'autres applications pour les caméras qui acquièrent des images et effectuent la télémétrie pour des impulsions lumineuses haute fréquence de courte durée sont également envisagées. 25 La caméra peut être, par exemple, une caméra SWIR pouvant être utilisée pour détecter et horodater le temps d'arrivée de signaux laser réfléchis, qui ont généralement une longueur d'onde visible dans la bande infrarouge à ondes courtes. En variante, le pixel LRF peut également être utilisé pour détecter et horodater des impulsions laser réfléchies de longueur d'onde non SWIR ou émises par d'autres émetteurs d'énergie d'impulsion haute fréquence avec des durées 30 d'impulsion courtes, telles que des impulsions ultraviolettes, visibles ou d'ondes moyennes, ou des impulsions d'autres signaux électromagnétiques reçus, tels que des rayons X. 6 Étant donné que les signaux laser réfléchis peuvent avoir une longueur d'onde visible dans la bande infrarouge à ondes courtes avec des impulsions ayant des largeurs de l'ordre de la nanoseconde à des dizaines de nanosecondes, le circuit de traitement de sortie de pixel 100 utilise une résolution temporelle élevée de quelques nanosecondes suffisante pour détecter et 5 horodater les impulsions laser réfléchies. Dans l'exemple représenté, le circuit de traitement de sortie de pixel 100 inclut un réseau commun 106 pour chaque colonne des colonnes C0-C7. Chaque réseau commun 106 reçoit un signal LF_Common_Cj (pour j REVENDICATIONS1. Circuit de traitement de sortie de pixel d'un réseau de plan focal (FPA), le FPA ayant une pluralité de pixels de télémétrie laser (LRF), le circuit de traitement de sortie de pixel 5 comprenant : un réseau commun connecté à un transistor d'amplification de chacun des pixels LRF pour recevoir des signaux analogiques générés par les pixels LRF respectifs, dans lequel les pixels LRF respectifs génèrent un signal analogique haute fréquence en réponse à la détection d'une impulsion laser réfléchie ; et 10 un circuit de détection couplé au réseau commun, le circuit de détection générant un indicateur d'impulsion en réponse à la détection qu'un signal analogique haute fréquence a été reçu par le réseau commun. 2. Circuit de traitement de sortie de pixel selon la revendication 1, comprenant en outre un 15 circuit de synchronisation qui synchronise l'indicateur d'impulsion avec au moins l'une de l'émission d'un signal de synchronisation connu et d'une impulsion laser provenant d'une source laser. 3. Circuit de traitement de sortie de pixel selon la revendication 1, dans lequel le circuit de 20 détection inclut au moins l'un d'un comparateur et d'un amplificateur. 4. Circuit de traitement de sortie de pixel selon la revendication 3, dans lequel le comparateur compare une tension associée au réseau commun à une tension associée à un réseau de référence. 5. Circuit de traitement de sortie de pixel selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble du circuit de détection est externe à chacun des pixels ; ou chacun des pixels LRF est inclus dans un premier sous-ensemble de pixels du FPA, et un deuxième sous-ensemble de pixels du FPA n'est pas couplé au circuit de traitement de sortie de pixel. 25 30 6. Circuit de traitement de sortie de pixel selon la revendication 1, dans lequel le circuit de 20 détection comprend au moins un amplificateur de détection de mode de tension. 7. Circuit de traitement de sortie de pixel selon la revendication 6, dans lequel l'au moins un amplificateur de détection de mode de tension compare une tension associée au réseau commun à une tension associée à un réseau de référence ; ou les transistors d'amplification sont couplés à l'amplificateur de détection de mode de tension sous la forme d'au moins l'un d'un dispositif d'excursion haute et d'un dispositif d'excursion basse. 8. Circuit de traitement de sortie de pixel selon la revendication 1, dans lequel le circuit de synchronisation inclut un dispositif de comptage qui commence le comptage en réponse à la notification d'émission de l'impulsion laser provenant de la source laser et un verrou de compteur qui enregistre une valeur de comptage indiquant le comptage par le compteur en réponse à la notification de génération de l'indicateur d'impulsion. 9. Circuit de traitement de sortie de pixel selon la revendication 1, dans lequel un intervalle de temps entre la détection de l'impulsion laser réfléchie par l'un des pixels LRF et la génération de l'indicateur d'impulsion est inférieur à 10 ns, préférablement inférieur à 5 ns, et plus préférablement inférieur à 2 ns. 10. Circuit de traitement de sortie de pixel selon la revendication 1, dans lequel la synchronisation de la génération de l'indicateur d'impulsion est proportionnelle à une distance entre le FPA et un objet dont l'impulsion laser détectée par le signal de pixels LRF a été réfléchie. 11. Réseau de plan focal (FPA) comprenant : un réseau de pixels de télémétrie laser (LRF), les pixels LRF respectifs générant un signal analogique haute fréquence en réponse à la détection d'une impulsion laser réfléchie ; et un circuit de traitement de sortie de pixel, le circuit de traitement de sortie de pixel comprenant : un réseau commun connecté à un transistor d'amplification de chacun des pixels LRF pour recevoir des signaux analogiques générés par les pixels LRF respectifs, les pixels LRF 21 respectifs générant un signal analogique haute fréquence en réponse à la détection d'une impulsion laser réfléchie ; et un circuit de détection couplé au réseau commun, le circuit de détection générant un indicateur d'impulsion en réponse à la détection qu'un signal analogique haute fréquence a été 5 reçu par le réseau commun. 12. FPA selon la revendication 11, dans lequel le circuit de traitement de sortie de pixel comprend en outre un circuit de synchronisation qui synchronise l'indicateur d'impulsion avec au moins l'une de l'émission d'un signal de synchronisation connu et d'une impulsion laser 10 provenant d'une source laser ; ou le circuit de détection inclut au moins un comparateur et/ou un amplificateur de détection ; ou l'ensemble du circuit de détection est externe à chacun des pixels. 13. Appareil de télémétrie laser (LRF) comprenant : une source laser ; 15 un réseau de plan focal (FPA) ayant un réseau de pixels de télémétrie laser (LRF), les pixels LRF respectifs générant un signal analogique haute fréquence en réponse à la détection d'une impulsion laser réfléchie ; un circuit de traitement de sortie de pixel comprenant : un réseau commun connecté à un transistor d'amplification de chacun des pixels 20 LRF pour recevoir des signaux analogiques générés par les pixels LRF respectifs ; et un circuit de détection couplé au réseau commun, le circuit de détection générant un indicateur d'impulsion en réponse à la détection qu'un signal analogique haute fréquence a été reçu par le réseau commun. 25 14. Dispositif LRF selon la revendication 13, dans lequel l'ensemble du circuit de détection est externe à chacun des pixels.