FR2813000A1 - Circuit de detection de rayonnement electromagnetique et procede de detection de rayonnement electromagnetique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un circuit de détection de rayonnement électromagnétique comprenant un photodétecteur (1) pour transformer le rayonnement électromagnétique en un courant électrique et un préamplificateur (2) relié au photodétecteur (1) pour transformer le courant électrique en un signal de sortie (Sp), le préamplificateur comprenant des moyens d'intégration (Ca) pour intégrer le courant électrique, le circuit de détection comprenant des moyens pour faire varier la valeur de la capacité des moyens d'intégration (Ca) sous l'action d'un signal de commande (Q). Le circuit de détection comprend un circuit de contrôle d'état (13) pour générer le signal de commande (Q) en fonction de la valeur du signal de sortie (Sp) et d'une valeur d'un signal de consigne (K). L'invention s'applique à la prise d'image par balayage optique.
Description
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Etat de la technique antérieure L'invention concerne un circuit de détection de rayonnement électromagnétique ainsi qu'un procédé de détection de rayonnement électromagnétique.
Etat de la technique antérieure L'invention concerne un circuit de détection de rayonnement électromagnétique ainsi qu'un procédé de détection de rayonnement électromagnétique.
L'invention concerne également un capteur d'image linéaire, une caméra à balayage optique et un procédé de formation d'image par balayage.
De façon générale, un capteur d'image linéaire comprend un ensemble de photodétecteurs alignés sous forme de barrette, chaque photodétecteur délivrant un signal électrique à partir des photons qu'il détecte, et un ensemble de circuits analogiques et/ou digitaux constituant un circuit intégré de lecture des signaux électriques délivrés par les photodétecteurs.
Une caméra à balayage est constituée d'un dispositif à balayage optique et d'un capteur d'image linéaire tel que décrit ci-dessus. Le dispositif à balayage optique scrute le plan objet ligne par ligne et envoie le rayonnement émis par les points élémentaires de l'objet, ou pixels, sur les photodétecteurs de la barrette. Les signaux délivrés par les photodétecteurs sont traités par le circuit intégré de lecture afin de générer un signal vidéo.
Par capteur d'image linéaire, il faut entendre, plus précisément, un capteur d'image qui présente les caractéristiques suivantes
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- les photodétecteurs sont alignés dans une direction perpendiculaire à la direction du balayage, - le signal issu d'un photodétecteur et qui correspond à un point image unique (pixel) est traité par un préamplificateur du circuit de lecture pour délivrer un signal propre au photodétecteur.
Le schéma de principe d'un capteur d'image linéaire est représenté en figure 1.
Le capteur d'image comprend une rangée de photodétecteurs 1, un ensemble de préamplificateurs 2, un multiplexeur 3 et un étage de sortie 4. Chaque photodétecteur 1 est associé à un préamplificateur 2 de façon à constituer un circuit de détection élémentaire. Les signaux issus des différents circuits de détection élémentaire sont transmis au multiplexeur 3. Le signal issu du multiplexeur 3 est transmis vers l'étage de sortie 4. Les photodétecteurs 1 peuvent être, par exemple, des photodétecteurs quantiques opérant dans le visible ou dans l'infrarouge, ou encore des photodétecteurs thermiques. Les photodétecteurs peuvent être intégrés au circuit de lecture, c'est-à-dire réalisés, au sein du circuit intégré de lecture, selon le même procédé de fabrication que le circuit intégré de lecture, ou encore interconnectés au circuit de lecture par des fils ou des microbilles.
De façon générale, un préamplificateur 2 est essentiellement un intégrateur analogique : il intègre, pendant une durée donnée, le courant issu des photodétecteurs afin de délivrer une tension.
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Le processus d'intégration est réalisé soit en procédant directement à l'intégration du photocourant aux bornes d'un condensateur, soit en accumulant les photocharges produites par le photodétecteur (par exemple dans le canal d'un transistor MOS), puis en injectant la charge ainsi obtenue aux bornes d'une capacité de conversion.
Le préamplificateur offre aussi la possibilité d'ajuster le niveau continu et/ou le gain du. processus de conversion du photosignal en tension. Ces opérations sont effectuées au moyen de dispositifs opérant soit dans le domaine des charges, soit dans le domaine des courants, soit dans le domaine des tensions.
Un schéma de principe de circuit de détection élémentaire associant un photodétecteur et un préamplificateur selon l'art antérieur est représenté en figure 2.
Le préamplificateur 2 comprend un circuit d'adaptation d'impédance 5, un circuit d'intégration 6, deux interrupteurs 7 et 8 et un amplificateur 9.
Le circuit d'adaptation d'impédance 5 permet de coupler la photodiode 1 au circuit d'intégration 6. A cette fin, la sortie du circuit d'adaptation d'impédance 5 est reliée au n#ud d'intégration N. Le circuit d'intégration 6 comprend deux condensateurs C1, C2. Le condensateur Cl a une première borne reliée directement au n#ud d'intégration N et une deuxième borne reliée à la masse. Le condensateur C2 a une première borne reliée au n#ud d'intégration N par l'intermédiaire de l'interrupteur 8 et une deuxième borne reliée à la masse.
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Le courant délivré en sortie du circuit d'adaptation d'impédance 5 est intégré pendant une durée d'intégration Tint La porte temporelle d'intégration est supposée contrôlée par le circuit d'adaptation d'impédance. Le n#ud d'intégration N est réinitialisé avant chaque prise de vue élémentaire à la tension de référence Vr au moyen de l'interrupteur 7 commandé par un signal de commande T. L'amplificateur 9 permet d'adapter l'impédance entre le n#ud d'intégration N et la sortie du préamplificateur qui délivre le signal Sp.
L'état du préamplificateur 2, c'est-à-dire le facteur de conversion en tension du courant délivré par le détecteur, est contrôlable au moyen d'une commande C appliquée à l'interrupteur 8.
En effet, selon que l'interrupteur 8 est ouvert ou fermé, l'intégration des charges est réalisée soit par le seul condensateur C1, soit par les condensateurs C1 et C2 en parallèle.
La qualité de l'enregistrement de l'image au moyen d'un préamplificateur tel que mentionné ci-dessus est particulièrement sensible à la valeur des condensateurs d'intégration. La valeur des condensateurs d'intégration fixe le contraste maximum admissible à l'entrée du capteur d'image linéaire, c'est-à-dire la différence entre le flux d'entrée à saturation et le flux équivalent au bruit du circuit de lecture. La valeur des condensateurs d'intégration détermine également le rapport signal sur bruit en sortie du préamplificateur et, partant, conditionne les
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caractéristiques électriques des circuits de traitement placés en aval du préamplificateur (multiplexeur, amplificateurs, filtres, convertisseur analogique/numérique) et leurs stimuli (source de tension et de courant, horloges).
La figure 3 représente un capteur d'image linéaire à contrôle d'état des préamplificateurs selon l'art antérieur.
Un même bus 10 relie les bornes de commande des différents interrupteurs 8 qui sont contenus dans les différents préamplificateurs 2 (cf. figure 2). Selon l'art connu, la même commande C est appliquée à l'ensemble des interrupteurs 8 pendant toute la durée de l'enregistrement d'une image.
Cette méthode d'enregistrement d'une image sans modification de la capacité des condensateurs d'intégration s'impose car les pixels d'une même image ne sont corrélés ni dans la direction parallèle au balayage ni dans la direction perpendiculaire au balayage.
La possibilité de modifier, entre deux images, la valeur des condensateurs d'intégration d'une première valeur vers une deuxième valeur (interrupteurs 8 ouverts ou fermés) permet de recadrer la majorité des pixels dans une excursion d'entrée utile du capteur d'image linéaire.
Ce mode opératoire présente plusieurs inconvénients. Il est en effet nécessaire d'avoir une connaissance a priori des caractéristiques radiatives de l'image à venir. Par ailleurs, le contrôle d'état des condensateurs d'intégration des préamplificateurs
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s'effectue à l'aide d'un processeur externe par l'intermédiaire d'un dispositif de commande intégré sur le circuit intégré de lecture (cf. "Smart CMOS Image Sensor Arrays" - M. Schanz, W. Brockherde, R. Hauschild, B.J. Hostickg, M. Schaurz, IEEE Transactions on Electron De vices, vol. 44, N 10 (OCT. 1997 .
Le contrôle collectif de l'état des préamplificateurs a pour conséquence de limiter la qualité de l'enregistrement d'images qui présentent un fort contraste entre pixels d'une même image, que ce fort contraste se produise dans la direction du balayage ou dans la direction perpendiculaire à la direction du balayage.
A titre d'exemple, le contraste maximum n'est que de 10 ou de 100 lorsque la capacité du condensateur d'intégration est égale, respectivement, à lpF ou 0,1 pF. L'enregistrement d'une image sur l'un ou l'autre de ces deux calibres d'intégration dégrade le rapport signal sur bruit des pixels qui n'ont pu être cadrés dans la gamme d'entrée utile des préamplificateurs. I1 y a alors perte totale d'information pour les pixels qui rentrent dans la zone de saturation et dégradation des performances en bruit des pixels qui émettent un faible flux. La valeur du condensateur d'intégration fixe l'excursion d'entrée en flux du capteur d'image et, en conséquence, le rapport signal sur bruit du signal en sortie d'un préamplificateur.
I1 est alors impératif de conserver sensiblement constant, tout le long de la chaîne de traitement (électronique de multiplexage et de
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numérisation), le rapport signal sur bruit présent en sortie du préamplificateur. Une telle exigence conduit à définir des spécifications très pointues pour les différents circuits de la chaîne de traitement. Exposé de l'invention L'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.
En effet, l'invention concerne un circuit de détection de rayonnement électromagnétique comprenant un photodétecteur pour transformer le rayonnement électromagnétique en un courant électrique et un préamplificateur relié au photodétecteur pour transformer le courant électrique en un signal de sortie, le préamplificateur comprenant des moyens d'intégration pour intégrer le courant électrique et des moyens pour faire varier la valeur de la capacité des moyens d'intégration sous l'action d'un signal de commande. Le circuit de détection de rayonnement comprend des moyens pour générer le signal de commande en fonction de la valeur du signal de sortie.
L'invention concerne également un procédé de détection de rayonnement électromagnétique comportant les étapes suivantes - conversion du rayonnement électromagnétique en un courant électrique, - intégration du courant électrique dans des moyens d'intégration pour délivrer un signal d'intégration, - modification de la valeur de la capacité des moyens d'intégration sous l'action d'un signal de commande qui est une fonction de la valeur du signal
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d'intégration et d'une valeur d'un signal de consigne.
L'invention concerne également un capteur d'image linéaire comprenant une pluralité de circuits de détection selon l'invention , les photodétecteurs de la pluralité de circuits de détection étant alignés sous forme de barrette.
L'invention concerne encore un procédé de formation d'image par balayage dans lequel un dispositif à balayage optique scrute un plan objet ligne par ligne et envoie le rayonnement émis par les points objet sur les photodétecteurs d'une barrette de photodétecteurs, la détection du rayonnement émis par un point objet comprenant - la conversion du rayonnement émis par le point objet en un courant électrique délivré par un détecteur, - l'intégration du courant électrique délivré par le détecteur dans des moyens d'intégration pour délivrer un signal d'intégration, - la modification de la valeur de la capacité des moyens d'intégration sous l'action d'un signal de commande. Le signal de commande est formé en fonction de la valeur du signal d'intégration et d'une valeur de signal de consigne.
Le procédé selon l'invention permet avantageusement d'enregistrer des images présentant un très fort contraste entre pixels d'une même image, sans connaissance a priori de l'intensité des points objet, en adaptant la capacité des moyens d'intégration de chaque préamplificateur de manière individuelle, au fur
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et à mesure du processus d'intégration du courant délivré par le détecteur.
Le procédé selon l'invention permet également, entre autres, d'augmenter la quantité d'information contenue dans l'image obtenue (réduction du nombre de pixels en saturation et amélioration du rapport signal sur bruit des pixels), de réduire les exigences sur l'électronique de traitement des signaux issus des préamplificateurs et de permettre une réduction du pas pixel dans la direction perpendiculaire à la direction du balayage. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention fait en référence aux figures ci-annexées parmi lesquelles - La figure 1 représente un schéma de principe de capteur d'image linéaire selon l'art antérieur, - la figure 2 représente un circuit de détection élémentaire de rayonnement électromagnétique selon l'art antérieur, - la figure 3 représente un capteur d'image linéaire à contrôle d'état selon l'art antérieur, - la figure 4 représente un circuit de détection élémentaire de rayonnement électromagnétique selon l'invention, - La figure 5 représente un exemple particulier de circuit de détection élémentaire de rayonnement électromagnétique selon l'invention,
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- La figure 6A-G représente des chronogrammes relatifs au fonctionnement du circuit de détection de rayonnement électromagnétique selon la figure 5, - La figure 7 représente un capteur d'image linéaire à contrôle d'état selon l'invention.
Sur toutes les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention Les figures 1 à 3 ont été décrites précédemment, il est donc inutile d'y revenir.
La figure 4 représente un circuit de détection élémentaire de rayonnement électromagnétique selon l'invention. Le circuit de détection élémentaire de rayonnement électromagnétique comprend un photodétecteur 1, un préamplificateur 11 et un contrôleur d'état 13.
Le signal délivré par le photodétecteur 1 constitue le signal d'entrée du préamplificateur 11. Le préamplificateur 11 est constitué d'un intégrateur comprenant un amplificateur 12 contre-réactionné par des moyens d'intégration Ca constituée de condensateurs commutables en parallèle C1, C2, ... , Cn. Chaque condensateur Ci (i=1, 2, ..., n) est monté en série avec un interrupteur Ii.
Le contrôleur d'état 13 a pour fonction de sélectionner, à l'aide d'une commande Q appliquée aux interrupteurs Ii, le ou les condensateur(s) Ci qui participent) à l'intégration du courant issu du
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photodétecteur 1. Le contrôleur d'état 13 reçoit, sur une première entrée, le signal Sp délivré en sortie du préamplificateur et, sur une deuxième entrée, un signal de consigne K. La commande Q délivrée par le contrôleur d'état dépend du niveau du signal Sp comparativement à la valeur du signal de consigne K. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, le contrôleur d'état opère continûment, c'est-à-dire sans échantillonnage du signal Sp à des instants particuliers. Le contrôleur d'état sélectionne alors le ou les condensateurs d'intégration de façon à effectuer l'intégration du photosignal sur le calibre capacitif le mieux adapté en référence au signal de consigne K.
L'algorithme d'élaboration du signal Sp est le suivant - sélection d'une combinaison de condensateurs d'intégration et début de l'intégration du photosignal (initialisation), - mesure du signal Sp en sortie du préamplificateur au moyen du contrôleur d'état, - sélection d'une nouvelle combinaison de condensateurs d'intégration en fonction du niveau du signal Sp et du signal de consigne K, - poursuite de l'intégration du photosignal et du processus décrit dans les deux étapes précédentes jusqu'à la fin du temps d'intégration, - fin de l'intégration.
A titre d'exemple non limitatif, le contrôleur d'état peut être un comparateur 20 et le signal de consigne une valeur de seuil Vs comme représenté en figure 5.
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Le détecteur selon l'invention représenté en figure 5 comprend un photodétecteur 1 et un préamplificateur 14.
Le préamplificateur 14 comprend un circuit d'adaptation d'impédance 15, un circuit d'intégration 16, deux interrupteurs 17, 18 et un amplificateur 19. Les circuits 15, 16, 17, 18 et 19 peuvent être, par exemple, respectivement identiques aux circuits 5, 6, 7, 8, 9 décrits en figure 2. Les moyens d'intégration peuvent alors être réalisés par un seul condensateur (C1) ou par deux condensateurs en parallèle (Cl//C2) comme décrit ci-dessus.
Le contrôleur d'état 20 est ici un comparateur de tension dont la fonction est de commuter le condensateur C2 sur le n#ud d'intégration N dès que la tension Sp en sortie du préamplificateur 14 est inférieure à la tension de consigne Vs. Les moyens d'intégration sont alors constitués par les deux condensateurs Cl et C2 en parallèle. Les condensateurs C1 et C2 sont réinitialisés à une tension Vr avant chaque phase d'intégration.
Les chronogrammes représentés sur la figure 6 illustrent, à titre d'exemple non limitatif, l'évolution de grandeurs électriques relatives au circuit de détection de la figure 5, lorsque la photodiode 1 est successivement éclairée par deux pixels voisins A et B d'un même objet alignés selon la direction du balayage.
Le chronogramme 6A représente le courant Id délivré par une photodiode 1 lors du balayage des pixels A et B.
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Le chronogramme 6B représente la tension de réinitialisation Vi appliquée au n#ud d'intégration N.
Le chronogramme 6C représente la tension Vc appliquée à la porte temporelle d'intégration.
Le chronogramme 6D représente l'évolution du potentiel du n#ud d'intégration VN par rapport à la tension de seuil Vs. Le chronogramme 6E représente l'évolution de la capacité des moyens d'intégration Ca.
Le chronogramme 6F représente l'évolution du signal de sortie Sp du préamplificateur 14.
Le chronogramme 6G représente l'évolution du signal de commande Q en sortie du comparateur 20.
La chronologie relative à l'enregistrement du pixel A est donnée ci-après.
A l'instant t=To, le potentiel VN du n#ud d'intégration varie avec un taux de variation égal à Id/C1 (cf. chronogramme 6D). Cette variation se poursuit jusqu'à l'instant t=T1 où le potentiel du n#ud d'intégration atteint une valeur telle que Sp soit égal à la tension de seuil Vs de basculement du comparateur 20. La commutation du condensateur Cl provoque une variation instantanée du potentiel du n#ud d'intégration (répartition de la charge entre C1 et C2). Le potentiel du n#ud d'intégration décroît alors à nouveau, mais avec un taux de variation égal à Id/(C1//C2). La fin de l'intégration du pixel A se termine à l'instant t=T2. La tension de sortie Sp et l'état de sortie Q du comparateur peuvent alors être multiplexés vers les sorties du capteur linéaire.
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Une fois le pixel A enregistré, le balayage optique des pixels conduit à l'enregistrement du pixel B. Selon l'exemple choisi, le courant IB délivré par la photodiode 1, lors de l'enregistrement du pixel B, ne permet pas de délivrer, aux bornes du condensateur Cl, une tension d'une valeur telle que Sp soit inférieur à la tension de seuil Vs. Les courbes se caractérisent alors par une absence de commutation de condensateur d'intégration.
Les échantillons représentés sur le chronogramme 6F illustrent l'effet de la commutation des condensateurs d'intégration pendant l'intégration la variation de la tension Sp en sortie du préamplificateur n'est alors plus directement proportionnelle à l'intensité du photosignal détecté, contrairement à ce qui se produit selon l'art antérieur.
Il est alors possible d'enregistrer des images dont le contraste intra-image atteint, par exemple, un facteur 1000 là où le contrôle collectif, tel que décrit ci-dessus selon l'art antérieur, limite le contraste à un facteur 100 ou 10 selon que l'on enregistre l'image à l'aide du seul condensateur C1 (capacité 0,1 pF) ou à l'aide des condensateurs Cl et C2 en parallèle (capacité 1 pF).
La figure 7 représente un capteur d'image linéaire à contrôle d'état selon l'invention.
Chaque photodétecteur 1 est associé à un préamplificateur 11. Chaque préamplificateur 11 est commandé par un contrôleur d'état 13. Comme cela a été
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mentionné précédemment, chaque contrôleur d'état 13 reçoit, sur une première entrée, le signal délivré par le préamplificateur 11 auquel il est associé et, sur une deuxième entrée, le signal de consigne K. Chaque contrôleur d'état 13 délivre alors un signal de commande Q qui est une fonction du signal délivré par le préamplificateur en référence au signal de consigne.
Les signaux Sp issus des différents préamplificateurs 11 sont transmis à un multiplexeur 21 pour former un signal Spm en sortie du multiplexeur. Le signal Spm est transmis vers un étage de sortie 22 pour former un signal S1.
Les signaux de commande Q issus des différents contrôleurs d'état 13 sont également transmis au multiplexeur 21 pour former un signal Qm en sortie du multiplexeur. Le signal Qm est transmis vers un étage de sortie 23 pour former un signal S2. Comme cela a été mentionné précédemment, selon l'invention, les variations d'un signal Sp issu d'un photodétecteur ne sont pas directement proportionnelles aux variations d'intensité du photosignal détecté. Le signal S2 est alors utilisé pour reconstituer, à partir du signal S1, un signal de détection global qui soit proportionnel à l'intensité du rayonnement détecté.
L'invention peut avantageusement donner lieu à de nombreuses réalisations différentes. Tout type de préamplificateur intégrateur peut ainsi être utilisé. Le signal de consigne K peut être différent d'une image à l'autre et/ou, pour une même image, être différent d'un pixel à l'autre. Un comparateur travaillant sur de multiples niveaux (par exemple n niveaux) peut
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également être utilisé comme contrôleur d'état (il est alors possible de commander n condensateurs différents). De même, plusieurs procédés d'initialisation des condensateurs d'intégration peuvent être envisagés selon les performances recherchées pour la fonction de transfert du préamplificateur, notamment pour les performances en bruit. Il est ainsi possible de réinitialiser tous les condensateurs d'intégration sur une même source de tension avant de commencer chaque prise de vue ou, au contraire, tout ou partie des condensateurs d'intégration peuvent être réinitialisés à des tensions différentes les unes des autres afin de moduler le bilan de charge à la fin de l'intégration.
Un capteur linéaire réalisé selon l'invention peut également fonctionner selon un mode de contrôle collectif de l'état des préamplificateurs. Pour ce faire, il suffit de forcer les sorties du contrôleur d'état au moyen d'un dispositif adapté. Cette variante permet de combiner le mode d'enregistrement d'image conventionnel selon l'art connu décrit précédemment (cas où les caractéristiques de la préamplification ne peuvent être modifiées qu'entre deux images) au mode d'enregistrement où i1 est possible de modifier la préamplification pendant la prise de vue d'une image. La sélection des différents modes de fonctionnement peut s'effectuer simplement par tout moyen connu. Un même capteur peut alors être intégré aussi bien dans les caméras de l'état de l'art que dans des caméras dont l'électronique d'acquisition est adaptée au traitement des signaux selon l'invention. Ceci présente
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un caractère très avantageux pour réduire les coûts de commercialisation du capteur selon l'invention.
Comme cela a été mentionné précédemment à titre d'exemple non limitatif, un simple seuillage sur le niveau de sortie du préamplificateur permet d'optimiser le rapport signal sur bruit du pixel enregistré. Des estimateurs plus complexes peuvent également être utilisés selon l'invention. I1 est par exemple possible de déterminer un mot de commande Q optimal à partir de l'intensité instantanée du point objet en cours de lecture et de l'intensité de points objet voisins du point objet en cours de lecture. Par points objet voisins, il faut entendre, par exemple, des points objet de même rang que le point objet en cours de lecture et qui appartiennent à des lignes qui précèdent la ligne en cours de lecture et/ou des points objet voisins du point objet en cours de lecture et qui appartiennent à la ligne en cours de lecture.
D'une manière générale, l'invention permet avantageusement d'obtenir des images enregistrées qui contiennent plus d'information (réduction du nombre de pixels en saturation et amélioration du rapport signal à bruit des pixels) et de réduire les exigences sur la mise en ceuvre du capteur linéaire.
Le processus de sélection de la capacité des moyens d'intégration selon l'invention présente plusieurs caractéristiques particulièrement avantageuses : il est automatique, intégré et autonome.
Le processus de sélection de la capacité des moyens d'intégration est automatique en ce sens qu'il ne nécessite pas une connaissance a priori de
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l'intensité du flux émis par le point objet. Il évite en particulier de recourir à l'emploi de photodétecteurs spécifiques afin d'estimer l'intensité du flux qui va être reçu par le photodétecteur utilisé pour enregistrer le pixel.
Le processus de sélection est intégré en ce sens que la combinaison de condensateurs d'intégration optimale est déterminée, au niveau de chaque préamplificateur, au moyen du contrôleur d'état réalisé au sein du circuit de lecture.
Le processus de sélection est autonome en ce sens qu'il n'est pas piloté à partir d'un dispositif de commande commun à tous les préamplificateurs du capteur - hormis les consignes appliquées au contrôleur d'état.
Le procédé selon l'invention permet de repousser les limites de saturation du capteur et de réduire la dégradation du rapport signal sur bruit due au circuit de lecture. Il est alors possible d'obtenir des images à contraste inter-pixel et/ou intra-image très élevé. Le temps d'intégration dans un capteur linéaire selon l'invention n'est limité que par la résolution spatiale dans la direction parallèle au balayage, c'est-à-dire le temps de vol d'une source objet ponctuelle d'un pixel au pixel suivant.
Les condensateurs d'intégration d'un préamplificateur sont dimensionnés afin d'éviter, dans le pire cas, la saturation du préamplificateur. La surface nécessaire à l'intégration des condensateurs sur le circuit intégré de lecture n'est pas une réelle contrainte grâce au degré de liberté dans la direction
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parallèle au balayage. L'invention offre ainsi la possibilité de concevoir une caméra où toutes les prises de vue sont réalisées avec un temps d'intégration voisin du temps de vol, ce qui permet de maximiser le rapport signal sur bruit du pixel enregistré. Ceci est un réel avantage par rapport aux capteurs de l'art connu pour lesquels la réduction du temps d'intégration est utilisée pour éviter la saturation des pixels qui émettent un fort flux, au détriment du rapport signal sur bruit des pixels qui émettent un faible flux.
Le contrôle d'état selon l'invention permet de minimiser les* contraintes de réalisation relatives à l'électronique de traitement située en aval des préamplificateurs, aussi bien au niveau du circuit intégré de lecture qu'au niveau des chaînes d'acquisition du signal de sortie du capteur. En particulier, la possibilité de bénéficier d'un gain élevé au niveau du préamplificateur ouvre plusieurs possibilités d'amélioration, aussi bien pour le capteur linéaire lui-même que pour les circuits environnant le capteur.
De manière générale, le bruit d'entrée d'un multiplexeur analogique et celui d'un étage de sortie doivent être négligeables devant la valeur du bruit en sortie d'un préamplificateur sous flux incident minimum, alors que -la bande passante de ces étages est nettement plus élevée que celle des préamplificateurs.
Selon l'art antérieur, ces exigences pèsent particulièrement sur le multiplexeur analogique car ce
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dernier doit être dessiné dans le pas pixel selon la direction perpendiculaire à la direction du balayage. Cette contrainte topologique particulière a alors pour effet de limiter les dimensions des transistors MOS qui rentrent dans la composition du multiplexeur, cette limitation étant contraire aux pratiques de conception des circuits. Par ailleurs, les interférences électromagnétiques entre les connexions augmentent avec la densité d'intégration.
Le gain élevé de la conversion courant-tension d'un préamplificateur selon l'invention permet de relâcher les spécifications en bruit du multiplexeur et de l'étage de sortie. Ainsi, des amplificateurs plus compacts et plus bruyants peuvent être utilisés La consommation de ces amplificateurs peut également être réduite.
Le gain courant-tension élevé d'un préamplificateur selon l'invention permet également de réduire le nombre de bits nécessaire à la conversion analogique-numérique de l'information pixel, que le convertisseur soit intégré sur le circuit intégré de lecture ou bien réalisé au niveau de l'électronique d'acquisition de la caméra.
Un nombre de bits de codage réduit permet par exemple d'envisager la réalisation de la conversion directement à la sortie préamplificateur et de réduire le poids, l'encombrement et la consommation de la caméra.
L'augmentation, selon l'invention, du gain courant-tension du préamplificateur simplifie la mise en ceuvre du capteur et son intégration dans la camera
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# Les spécifications sur les stimuli générés en externe et la connectique intra-caméra sont alors moins contraignantes bruit sur les alimentations, robustesse vis-à-vis des parasites électromagnétiques.
# Les exigences sur les chaînes d'acquisition sont réduites : bruit d'entrée des amplificateurs vidéo, filtrage.
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Claims (11)
1. Circuit de détection de rayonnement électromagnétique comprenant un photodétecteur (1) pour transformer le rayonnement électromagnétique en un courant électrique et un préamplificateur (2) relié au photodétecteur (1) pour transformer le courant électrique en un signal de sortie (Sp), le préamplificateur comprenant des moyens d'intégration (Ca) pour intégrer le courant électrique, le circuit de détection comprenant des moyens pour faire varier la capacité des moyens d'intégration (Ca) sous l'action d'un signal de commande (Q), caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de contrôle d'état (13) pour générer le signal de commande (Q) en fonction de la valeur du signal de sortie (Sp) et d'une valeur d'un signal de consigne (K).
2. Circuit de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de contrôle d'état (13) est constitué d'un comparateur (20) travaillant sur au moins un niveau de seuil pour comparer la valeur du signal de sortie (Sp) à la valeur du signal de consigne (K).
3. Capteur d'image linéaire, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de circuits de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, les photodétecteurs de la pluralité de circuits de détection étant alignés sous forme de barrette.
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4. Capteur d'image linéaire selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un multiplexeur (21) recevant, sur un premier ensemble d'entrées, les signaux de sortie (Sp) délivrés par les préamplificateurs (2) de façon à délivrer un premier signal de sortie multiplexé (Spm) et, sur un deuxième ensemble d'entrée, les signaux de commande (Q) délivrés par les contrôleurs d'état (13) de façon à délivrer un deuxième signal de sortie multiplexé (Qm).
5. Caméra à balayage comprenant un dispositif à balayage optique et un capteur d'image linéaire, caractérisée en ce que le capteur d'image linéaire est un capteur d'image linéaire selon la revendication 3 ou 4.
6. Procédé de détection de rayonnement électromagnétique, comprenant une étape de conversion du rayonnement électromagnétique en un courant électrique, une étape d'intégration du courant électrique dans des moyens d'intégration (Ca) pour délivrer un signal d'intégration (Sp) représentatif du courant détecté et une étape de modification de la capacité des moyens d'intégration (Ca) sous l'action d'un signal de commande (Q), caractérisé en ce que le signal de commande (Q) pour modifier la capacité des moyens d'intégration est formé en fonction de la valeur du signal d'intégration (Sp) et d'une valeur de signal de consigne (K).
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7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le signal de commande (Q) pour modifier la capacité d'intégration est formé par comparaison de la valeur du signal d'intégration (Sp) avec la valeur du signal de consigne (K).
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la comparaison est effectuée sur au moins un niveau.
9. Procédé de formation d'image par balayage dans lequel un dispositif à balayage optique scrute un plan objet ligne par ligne et envoie le rayonnement émis par les points objet de chaque ligne sur les photodétecteurs d'une barrette de photodétecteurs, la détection du rayonnement émis par un point objet comprenant - la conversion du rayonnement émis par le point objet en un courant électrique délivré par un détecteur, l'intégration du courant électrique délivré par le détecteur dans des moyens d'intégration pour délivrer un signal d'intégration, et - la modification de la capacité des moyens d'intégration sous l'action d'un signal de commande, caractérisé en ce que le signal de commande (Q) est formé en fonction de la valeur du signal d'intégration (Sp) et d'une valeur d'un signal de consigne (K).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le signal de commande (Q) pour modifier la capacité des moyens d'intégration est formé
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par comparaison de la valeur du signal d'intégration (Sp) avec la valeur du signal de consigne (K).
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la valeur du signal de commande (Q) est, en outre, une fonction de la valeur d'au moins un signal d'intégration supplémentaire relatif à un point objet supplémentaire voisin du point objet.
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|---|---|---|---|
| FR0015106A FR2813000A1 (fr) | 2000-11-23 | 2000-11-23 | Circuit de detection de rayonnement electromagnetique et procede de detection de rayonnement electromagnetique |
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|---|---|---|---|
| FR0015106A FR2813000A1 (fr) | 2000-11-23 | 2000-11-23 | Circuit de detection de rayonnement electromagnetique et procede de detection de rayonnement electromagnetique |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2813000A1 true FR2813000A1 (fr) | 2002-02-15 |
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|---|---|---|---|
| FR0015106A Pending FR2813000A1 (fr) | 2000-11-23 | 2000-11-23 | Circuit de detection de rayonnement electromagnetique et procede de detection de rayonnement electromagnetique |
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|---|---|
| FR (1) | FR2813000A1 (fr) |
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