FR2548498A1 - Procede de correction du niveau en sortie d'un dispositif a transfert de charge et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE CORRECTION DU NIVEAU EN SORTIE D'UN DISPOSITIF A TRANSFERT DE CHARGE A N ETAGES CONNECTE A UN ETAGE DE SORTIE REALISANT UNE LECTURE DES CHARGES A L'AIDE D'UN NIVEAU DE PRECHARGE. CONFORMEMENT AU PROCEDE, DANS UN PREMIER TEMPS LE NIVEAU DE PRECHARGE ETANT FIXE, ON LIT SUCCESSIVEMENT LES QUANTITES DE CHARGES Q, Q CORRESPONDANT A UN SIGNAL DE REFERENCE QUI SONT EMMAGASINEES DANS LES N ETAGES ET ON EMMAGASINE EN MEMOIRE DES VALEURS V, V FONCTION DES DIFFERENTES QUANTITES DE CHARGES LUES, PUIS DANS UN DEUXIEME TEMPS, AVANT CHAQUE LECTURE D'UNE QUANTITE DE CHARGES, ON MODULE LE NIVEAU DE PRECHARGE VV DE L'ETAGE DE SORTIE EN FONCTION DE LA VALEUR DE MEME RANG V, V EMMAGASINEE DANS LA MEMOIRE DE MANIERE A OBTENIR POUR UN SIGNAL DE REFERENCE UN NIVEAU CONSTANT V,V.
Description
i
PROCEDE DE CORRECTION DU NIVEAU EN SORTIE D'UN
DISPOSITIF A TRANSFERT DE CHARGE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE
La présente invention concerne un procédé de correction du niveau en sortie d'un dispositif à transfert de charge, ainsi qu'un
dispositif pour sa mise en oeuvre.
Ce procédé de correction qui consiste à égaliser le niveau en sortie d'un dispositif à transfert de charge pour des signaux en entrée uniformes peut être utilisé sur n'importe quel dispositif à transfert de charge Toutefois il est plus particulièrement intéressant lorsque le dispositif à transfert de charge est utilisé pour multiplexer des photodiodes, en particulier, dans le domaine de 10 Il'infrarouge En effet, dans ce cas les photodiodes sont réalisées sur des matériaux tels que le téllurure de cadmium et de mercure, le tellurure d'étain et de plomb ou l'antimoniure d'indium Or avec ce type de matériaux, il est difficile d'obtenir des photodiodes présentant toutes les mêmes caractéristiques Il en résulte que les 15 photodiodes ont des réponses à l'éclairement souvent très inhomogènes Ces inhomogénéités étant très supérieures à l'écart minimum de réponse que l'on souhaite pouvoir détecter sur les photodiodes, il est donc indispensable de les compenser Parmi ces inhomogénéités l'une d'entre elles concerne le niveau en sortie qui 20 peut être observé lorsque les photodiodes sont éclairées par une
scène à température uniforme.
Différents procédés ont été utilisés pour corriger ce type d'inhomogénéités Conformément à un procédé de l'art antérieur, dans un premier temps on éclaire les photodiodes avec une scène à 25 température uniforme ou fond de référence L'information lue en sortie du dispositif à transfert de charge utilisé pour le multiplexage des photodiodes, est envoyée après conversion en numérique dans une mémoire dans laquelle on emmagasine pour chaque étage du dispositif à transfert de charge des informations correspondant aux inhomogénéités Dans un deuxième temps, les photodiodes sont éclairées par la scène à observer L'information lue en sortie du dispositif à transfert de charge est envoyée sur un soustracteur grâce auquel on corrige le signal de sortie correspondant à chaque 5 photodiode en lui retranchant la valeur de l'inhomogénéité correspondante emmagasinée dans la mémoire après qu'elle ait été reconvertie sous forme analogique par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogique. La présente invention concerne un nouveau procédé de cor10 rection du niveau en sortie d'un dispositif à transfert de charge qui peut être utilisé dans le cas o la lecture des charges est réalisée à
l'aide d'un niveau de précharge.
Ce nouveau procédé permet en particulier de supprimer le soustracteur nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé de l'art 15 antérieur, ce qui simplifie l'électronique en sortie du dispositif à
transfert de charge.
Ainsi le procédé conforme à la présente invention utilisé pour la correction du niveau en sortie d'un dispositif à transfert de charge à N étages connecté à un étage de sortie réalisant une lecture des 20 charges à l'aide d'un niveau de précharge est caractérisé en ce que dans un premier temps, le niveau de précharge étant fixé, on lit successivement les quantités de charges correspondant à un signal de référence qui sont emmagasinées dans les N étages et on emmagasine en mémoire des valeurs fonction des différentes quan25 tités de charges lues, puis, dans un deuxième temps, avant chaque lecture d'une
quantité de charges, on module le niveau de précharge de l'étage de sortie en fonction de la valeur de même rang emmagasinée dans la mémoire de manière à obtenir pour un signal de référence un niveau 30 constant.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans
lesquels:
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la figure 1 est un schéma d'un dispositif de correction utilisé dans le procédé de l'art antérieur; les figures 2 (a) et (b) sont des représentations schématiques d'un étage de sortie d'un dispositif à transfert de charge et des potentiels de surface dans le substrat sur lequel est intégré l'étage de lecture dans le cas de la lecture de charges Qn et Qn+l lorsque le niveau de précharge est fixe; les figures 3 (a) et (b) sont des vues semblables à celles des figures 2 (a) et (b) lorsque le niveau de précharge est commandé 10 conformément à la présente invention;
la figure 4 est une vue schématique du dispositif de correction utilisé avec le procédé de la présente invention.
Sur les différentes figures les mêmes références désignent les
mêmes éléments mais pour des raisons de clarté les cotes et 15 proportions des divers éléments ne sont pas respectées.
Sur la figure 1 on a représenté schématiquement un dispositif photosensible utilisé dans le domaine de l'infrarouge ainsi qu'un dispositif de correction du niveau continu en sortie utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de l'art antérieur De manière connue le 20 dispositif photosensible est constitué principalement par des photodétecteurs qui, dans le mode de réalisation représenté, sont constitués par des photodiodes I réalisées sur un substrat 2 qui peut être constitué par du tellurure de cadmium et de mercure, du tellurure d'étain et de plomb ou de l'antimoniure d'indium Les photodiodes sont connectées par l'intermédiaire d'une zone de transition non 25 représentée, à un dispositif de lecture constitué par un registre à décalage 3 à transfert de charge à N entrées parallèles et une sortie série et par un étage de sortie 4 La zone de transition et le dispositif de lecture sont réalisés, dans ce cas particulier, sur un 30 substrat indépendant de préférence en silicium de type P ou en un matériau équivalent Le dispositif de correction proprement dit prévu en sortie de l'étage de lecture 4 comporte notamment un commutateur 5 à deux positions Une des bornes 6 du commutateur est connectée à un convertisseur analogique-numérique 7 lui-même connecté à une mémoire 8 La sortie de la mémoire 8 est connectée par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique- analogique 9 et d'un amplificateur 10 à la borne d'un soustracteur 11 dont la borne
+ est connectée à la seconde borne 7 du commutateur 5.
Conformément au procédé de l'art antérieur, dans un premier temps les photodiodes sont éclairées par une température de référence uniforme Les charges détectées sont envoyées vers le registre à décalage 3 et lues par l'étage de sortie 4 Dans ce cas, le commutateur est positionné sur la borne 6 et l'information en sortie 10 est envoyée sur le convertisseur analogique-numérique 7 o elle est transformée en une information numérique qui est alors emmagasinée dans la mémoire 8 Cette information est représentative des inhomogénéités dues aux photodiodes 1 Dans un deuxième temps les photodiodes 1 ne sont plus éclairées par une température uniforme 15 ou fond de référence mais par la scène à observer Dans ce cas la
borne d'entrée du commutateur 5 est connectée à la borne de sortie 7 De ce fait, le signal de sortie est envoyé sur le soustracteur 11.
Dans ce soustracteur on corrige le signal de sortie en lui retranchant les valeurs correspondant aux inhomogénéités de même rang qui ont 20 été emmagasinées dans la mémoire 8 après les avoir ramenées sous
forme analogique par l'intermédiaire du convertisseur numériqueanalogique 9 L'amplificateur 10 permet le réglage du gain de l'ensemble convertisseur analogique-numérique, mémoire, convertisseur numérique- analogique à 1.
On décrira maintenant avec référence plus particulièrement aux figures 2 (a), 2 (b), 3 (a), 3 (b) le procédé de correction du niveau en sortie d'un dispositif à transfert de charge conforme à la présente invention. Dans la partie supérieure de ces différentes figures, on a 30 représenté schématiquement en coupe les éléments essentiels de
l'étage de sortie du registre à décalage Sur ces figures, la référence GO 1 désigne l'électrode de stockage du dernier étage du registre à décalage 3 Cette électrode de stockage est connectée en amont à une électrode de transfert G'Oi disposée, dans le mode de réali-
sation représenté, sur une surépaisseur d'oxyde L'électrode de transfert G'Oi et l'électrode de stockage GOl sont toutes deux reliées au même potentiel O t Entre l'électrode de stockage Go, et l'entrée de l'étage de sortie proprement dit est prévue une électrode 5 de transfert GT reliée au potentiel 02 Les potentiels 01 et 02 sont
constitués, par exemple, par des tensions en créneaux en opposition de phase On a choisi à titre d'exemple un registre à décalage à deux phases de commande avec des surépaisseurs d'oxyde pour rendre le transfert unilatéral Il est évident pour l'homme de l'art que 10 l I'invention peut s'appliquer à d'autres types de registres à décalage.
Dans le mode de réalisation représenté, on effectue une lecture destructive sur diode flottante De ce fait, l'étage de sortie comporte principalement une diode D réalisée par une diffusion de type N référencée N+ I lorsque le substrat est réalisé en silicium de 15 type P Cette diffusion est connectée à un étage de lecture qui peut être constitué par un transistor MOS monté en suiveur symbolisé par l'amplificateur A Pour accroitre la capacité de stockage de la diode, une électrode de stockage GS portée à un potentiel VGS continu peut être placée entre la grille de transfert GT et la diode D. D'autre part l'étage de sortie comporte aussi un transistor MOS de remise à niveau constitué par la grille G 2 polarisée par le potentiel ORAN' Le drain du transistor MOS est réalisé par une diffusion de type N référencée N+ 2 connectée à une tension de polarisation VRAN et la source est constituée par la diode D. On expliquera maintenant l'évolution des potentiels de surface sous la diode D, à savoir l'origine des différences de potentiel en sortie lorsque la tension de polarisation VRAN est fixe Ce cas correspond à la première étape du procédé de la présente invention ainsi qu'au procédé de l'art antérieur et permet de lire en sortie des 30 quantités de charges correspondant aux inhomogénéités des différentes photodiodes Comme représenté sur les figures 2 (a) et 2 (b),lorsque les photodiodes sont éclairées par le fond de référence, on lit tout d'abord une quantité de charge Qn correspondant à un écart de tension A Vn puis on lit une quantité de charges Qn+l
6 2548498
correspondant à un écart de tensions Vn+ 1 qui est plus important dans le mode de réalisation représenté du fait des inhomogénéités.
Les écarts A Vn et Vn+ 1 sont différents Il en résulte que les tensions Vn et Vn+ 1 lues par l'amplificateur suiveur A représen5 tatives de l'information en sortie à savoir des inhomogénéités sont
différentes et on emmagasine donc dans la mémoire 8 des informations différentes pour chaque étage, à savoir chaque photodiode.
Si l'on maintient la tension de polarisation VRAN constante comme dans le procédé de l'art antérieur, lors de la lecture d'une 10 scène, les variations de potentiel dues aux modifications de la
température de la scène viendront s'ajouter aux variations de potentiel dues aux inhomogénéités et l'on devra donc effectuer en sortie par soustraction des valeurs stockées dans la mémoire, la correction du niveau de sortie pour retrouver les valeurs corres15 pondant à la scène.
Conformément à la présente invention, au lieu d'effectuer la correction des inhomogénéités en sortie de l'étage de lecture, on la réalise au niveau de l'étage de sortie en faisant varier son niveau de précharge, à savoir en faisant varier la tension de polarisation 20 VRAN de telle sorte que les potentiels Vn, Vn+ 1 dus aux inhomogénéités soient constants lors de la lecture de la scène Ainsi comme représenté sur les figures 3 (a) et 3 (b), avant de lire la quantité de charges Qn on modifie la tension VRAN en une tension VRAN n obtenue en ajoutant à une tension fixe V la valeur A Vn 25 emmagasinée lors de la lecture réalisée lorsque les photodiodes étaient éclairées par une température uniforme De ce fait, lors de la lecture des charges Qn on observe une différence de potentiel A Vn qui, une fois soustraite de VRAN N donne la tension Vn Une fois la lecture des charges Qn réalisée, on effectue la remise à 30 niveau et la précharge de l'étage de sortie en modifiant la tension VRAN N à la valeur VRAN n+î obtenue de manière semblable en ajoutant à la tension fixe V la valeur A Vn+,1 emmagasinée dans la mémoire de stockage 8 lors de la lecture préalable De ce fait en modifiant la tension de précharge VRA Nn, VRAN n+l on peut obtenir, malgré les écarts de tension correspondant aux inhomogénéités,un même niveau final Vn = Vn+l comme représenté sur les
figures 3 (a) et 3 (b).
Ainsi en modifiant la tension de remise à niveau à l'aide des valeurs représentatives des inhomogénéités stockées dans la mémoire, il est possible de supprimer le soustracteur utilisé dans le procédé de correction du niveau de sortie d'un registre à décalage à
transfert de charge de l'art antérieur.
Comme représenté sur la figure 4, le dispositif utilisé en sortie 10 de l'étage de sortie 4 avec le procédé conforme à la présente invention comporte un commutateur 5 dont la borne 6 est connectée à un convertisseur analogique-numérique 7 lui même connecté à une mémoire 8 La mémoire est connectée à un convertisseur numérique-analogique 9 qui est relié par l'intermédiaire de l'amplificateur 10 à la tension de remise à niveau de l'étage de sortie 4 L'autre
borne 7 du commutateur 5 donne directement le signal d'analyse d'images sans soustracteur De ce fait on diminue l'encombrement du dispositif et on réduit la consommation de l'ensemble du système.
De plus, on notera que le bruit sur le signal corrigé sera le 20 même que celui sur le signal non corrigé si le bruit sur VRAN est négligeable devant les autres bruits En effet, conformément à la présente invention, on module le niveau de précharge de la capacité de l'étage de sortie, or le bruit de précharge d'une capacité ne
dépend pas de la tension de précharge.
Claims (4)
1 Un procédé de correction du niveau en sortie d'un dispositif à transfert de charge à N étages connecté à un étage de sortie réalisant une lecture des charges à l'aide d'un niveau de précharge caractérisé en ce que; dans un premier temps, le niveau de précharge étant fixé, on lit successivement les quantités de charges correspondant à un signal de référence qui sont emmagasinées dans les N étages et on emmagasine en mémoire des valeurs fonction des différentes quantités de charges lues; puis, dans un deuxième temps, avant chaque lecture d'une quantité de charges, on module le niveau de précharge de l'étage de sortie en fonction de la valeur de même rang emmagasinée dans la mémoire de manière à obtenir pour un signal de référence un niveau constant.
2 Un procédé selon la revendication I caractérisé en ce que la modulation du niveau de précharge est obtenue en modulant la
tension de remise à niveau.
3 Un procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la modulation de la tension de remise à niveau est réalisée en ajoutant 20 à une tension fixe une tension (t Vn, Vn+ l) fonction des valeurs
emmagasinées en mémoire.
4 Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une
quelconque des revendications I à 3 caractérisé en ce qu'il comporte, connectés en sortie de l'étage de sortie du dispositif à 25 transfert de charge, un commutateur ( 5) à deux positions et des
moyens de stockage ( 8) dont l'entrée est reliée à une des bornes ( 6) du commutateur et dont la sortie est reliée à la tension de remise à
niveau (VRAN) de l'étage de sortie ( 4).
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