FR2906081A1

FR2906081A1 - Capteur d'image lineaire cmos a fonctionnement de type transfert de charges

Info

Publication number: FR2906081A1
Application number: FR0608188A
Authority: FR
Inventors: Pierre Fereyre
Original assignee: e2v Semiconductors SAS
Current assignee: Teledyne e2v Semiconductors SAS
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-03-21
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: US20090268065A1; EP2064868A1; FR2906081B1; CA2663670A1; JP2010504009A; WO2008034677A1; IL197600A0

Abstract

L'invention concerne les capteurs d'image en forme de barrette linéaire multilignes à défilement et intégration de signal, pour la lecture synchronisée d'une même image linéaire successivement par N lignes de P pixels photosensibles et la sommation pixel à pixel des signaux lus par les différentes lignes.Selon l'invention, au début d'un temps d'intégration de charges photogénérées, on applique à la photodiode du pixel d'une ligne intermédiaire de rang i la tension de sortie d'un pixel d'une ligne précédente de rang i-1, on isole la photodiode, on y intègre des charges dues à la lumière, et enfin, à la fin du temps d'intégration, on transfère dans un noeud de stockage (N2) du pixel les charges de la photodiode. Un circuit de conversion charge-tension (T4, T5) transforme les charges du noeud de stockage en une tension de sortie du pixel. Ainsi, avant d'intégrer dans chaque pixel des charges photogénérées, on déverse dans la photodiode une charge équivalente à un cumul de charges provenant des lignes de pixel précédentes qui ont observé la même ligne de scène.

Description

CAPTEUR D'IMAGE LINEAIRE CMOS A FONCTIONNEMENT DE TYPE TRANSFERT DE

CHARGES L'invention concerne les capteurs d'image linéaire à défilement et intégration de signal (ou capteurs TDI, de l'anglais : "Time Delay Integration Linear Sensors"), dans lesquels une image d'une ligne de points d'une scène observée est reconstituée par addition d'images successives prises par plusieurs lignes photosensibles observant successivement une même ligne de la scène au fur et à mesure que la scène défile devant le capteur. Ces capteurs sont utilisés par exemple dans des scanners. Ils comprennent une barrette de plusieurs lignes parallèles de pixels photosensibles ; le séquencement des circuits de commande des différentes lignes (contrôle de temps d'exposition puis de lecture des charges photogénérées) est synchronisé par rapport au défilement relatif de la scène et du capteur, de manière que toutes les lignes du capteur voient une seule ligne de la scène observée. Les signaux générés par chaque ligne sont ensuite additionnés point à point pour chaque point de la ligne observée.

Le rapport signal/bruit est amélioré dans le rapport de la racine carrée du nombre N de lignes du capteur. Ce nombre N peut être par exemple de 16 ou 32 pour des applications de contrôle industriel ou des applications d'observation terrestre à partir de l'espace, ou même de 60 à 100 lignes pour des applications médicales (dentaire, mamographie, ...).

Dans les capteurs d'image à transfert de charges (capteurs CCD), l'addition des signaux point par point se faisait simplement en vidant dans une ligne de pixels les charges générées et accumulées dans la ligne de pixels précédente, en synchronisme avec le déplacement relatif de la scène et du capteur. La dernière ligne de pixels, ayant accumulé N fois les charges engendrées par la ligne observée, pouvait ensuite être transférée vers un registre de sortie et convertie, lors d'une phase de lecture, en tension ou courant électrique. La technologie des capteurs d'image a ensuite évolué vers des capteurs à pixels actifs à transistors, qu'on appellera ci-après capteurs CMOS pour simplifier car ils sont en général réalisés en technologie CMOS (complementary-metal-oxyde-semiconducteur) ; dans ces capteurs CMOS il n'y a plus de transfert de charges de ligne en ligne vers un registre de lecture 2906081 2 mais il y a des pixels actifs à transistors qui recueillent des charges électriques photogénérées et les convertissent directement en une tension ou un courant. Les différentes lignes du capteur fournissent donc successivement des tensions ou courants représentant l'éclairement reçu par 5 la ligne. On ne peut pas facilement additionner ces courants ou tensions ; il est donc difficile de réaliser un capteur à défilement et à intégration de charges. Des tentatives ont cependant été faites pour réaliser des capteurs CMOS à défilement et intégration de charges. io On a essayé en particulier d'utiliser des capacités commutées dans lesquelles on intègre des courants successifs reçus, accumulant ainsi sur une même capacité des charges reçues de plusieurs pixels en colonne. Les systèmes ainsi essayés ne donnent pas satisfaction et sont difficiles à réaliser.

15 Selon l'invention, on propose de profiter du fait que les pixels actifs de capteurs d'image en technologie CMOS comportent le plus souvent deux emplacements isolés l'un de l'autre, dans lesquels les charges photogénérées peuvent être momentanément stockées ; ces emplacements sont d'une part la photodiode dans laquelle sont générées des charges sous 20 l'effet de la lumière, et d'autre part un noeud de stockage intermédiaire qui reçoit les charges de la photodiode à la fin d'une période d'intégration de charges et qui sert ensuite à la production d'une tension de sortie du pixel ; la tension de sortie du pixel est liée à la quantité de charges présente sur le noeud de stockage. Cette décomposition du pixel en deux emplacements de 25 stockage de charges différents est normalement liée à la nécessité de lire ligne par ligne les signaux des différentes pixels d'une matrice de N lignes, cette lecture étant en général faite à partir des noeuds de stockage pendant une nouvelle intégration de charges dans les photodiodes. On utilise ici ce type de structure d'une manière très différente, 3o dans un contexte de capteurs TDI où on ne fera pas de lecture ligne par ligne mais seulement une lecture de la somme de N lignes ayant observé une même ligne d'image. On propose donc un procédé de capture d'image, à défilement et intégration de signal, pour la lecture synchronisée d'une même ligne d'image successivement par N lignes de P pixels photosensibles et la sommation 2906081 3 pixel à pixel de signaux issus de la lecture des différentes lignes, pendant des périodes d'intégration successives, en correspondance avec le défilement de l'image linéaire devant les N lignes de pixels, un pixel étant constitué par un circuit à transistors MOS comportant au moins une 5 photodiode, un noeud de stockage de charges, et un circuit de conversion charge-tension pour appliquer à une sortie du pixel une tension représentant la quantité de charges stockées dans le noeud de stockage, caractérisé en ce que, au début d'un temps d'intégration de charges photogénérées, on applique à la photodiode du pixel d'une ligne intermédiaire de rang i la to tension de sortie d'un pixel d'une ligne précédente, on isole la photodiode, on y intégre des charges dues à la lumière, et enfin, à la fin du temps d'intégration, on transfère dans le noeud de stockage les charges de la photodiode. Ainsi, la charge déversée dans le noeud de stockage sera 15 pratiquement la somme des charges purement dues à l'éclairement de la photodiode et d'une charge initiale qui a été constituée à partir de la charge stockée dans le noeud de stockage du pixel de la ligne précédente ; cette dernière charge est elle-même un cumul de charges photogénérées et d'une charge initiale issue d'une ligne encore précédente, et ainsi de suite. Pour N 20 lignes de capteur ainsi reliées les unes aux autres, la charge déversée dans le noeud de stockage d'un pixel de la dernière ligne sera équivalente à un cumul de charges photogénérées dans les N lignes qui ont observé une même ligne d'image. C'est cette dernière charge qui sera convertie en tension pour fournir une représentation électrique de la ligne d'image 25 observée successivement par les N lignes. Contrairement aux capteurs TDI de type CCD, il n'y a pas ici véritablement de déversement de charges d'un pixel dans un pixel d'une ligne suivante, mais il y a constitution d'une charge initiale dans la photodiode d'un pixel, avant intégration de charges dues à la lumière, et 30 cette constitution de charge est faite par l'application à la photodiode d'une tension représentant les charges du pixel précédent. De préférence, on réinitialise la charge du noeud de stockage à une valeur fixe avant le transfert des charges de la photodiode dans ce noeud de stockage.

2906081 4 Le circuit qui convertit en tension les charges du noeud de stockage peut comporter un premier transistor suiveur dont la grille est reliée au noeud de stockage et dont la source est connectée à une source de courant ; la réinitialisation de la charge du noeud de stockage est effectuée 5 en reliant le noeud à une tension de référence (Vref) dont la valeur est de préférence égale à la somme de la chute de tension grille-source du premier transistor suiveur et de la tension (dite "tension de piédestal") apparaissant aux bornes de la photodiode lorsque cette dernière est vide de charges et isolée. io Si on veut que le capteur fonctionne avec une durée d'exposition variable Te au cours de la période T d'intégration de charges, on prévoit que le procédé comporte une étape de connexion de la diode à un potentiel d'alimentation (Vdd) avant l'application à la photodiode de la tension de sortie du pixel de la ligne précédente, pour relier la photodiode au potentiel de cette 15 alimentation pendant une fraction de la période T d'intégration de charges et empêcher pendant cette fraction l'intégration de charges dans la photodiode. Outre le procédé qui vient d'être résumé, l'invention propose un capteur d'image linéaire, à défilement et intégration, permettant la lecture synchronisée d'une même image linéaire successivement par N lignes de P 20 pixels photosensibles et la sommation pixel à pixel de signaux issus de la lecture des différentes lignes, pendant des périodes d'intégration successives, en correspondance avec le défilement de l'image linéaire devant les N lignes de pixels, un pixel étant constitué par un circuit à transistors MOS comportant au moins une photodiode, un noeud de 25 stockage de charges, un interrupteur pour transférer la charge de la photodiode vers le noeud de stockage à la fin d'une période d'intégration, un interrupteur pour réinitialiser la charge du noeud de stockage avant ce transfert, et un circuit de conversion charge-tension pour appliquer à une sortie du pixel une tension représentant la charge stockée sur le noeud de 30 stockage, caractérisé en ce qu'un pixel de rang j dans une ligne de rang intermédiaire i a sa sortie reliée à une entrée du pixel de rang j de la ligne de rang immédiatement supérieur i+1, et comporte une entrée reliée à une sortie du pixel de rang j de la ligne de rang immédiatement inférieur i-1, avec un interrupteur entre l'entrée et la photodiode pour appliquer à la photodiode, 35 avant l'intégration de charges, la tension présente à l'entrée du pixel.

2906081 5 Le pixel peut comporter un transistor de réglage de durée d'exposition, relié entre la photodiode et une tension d'alimentation (Vdd) pour relier la photodiode au potentiel de cette alimentation pendant une fraction de la période d'intégration de charges et empêcher pendant cette 5 fraction l'intégration de charges dans la photodiode. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : io - la figure 1 représente un schéma général de capteur TDI permettant un fonctionnement selon le procédé de l'invention ; - la figure 2 représente la constitution d'un pixel actif utilisable pour mettre en oeuvre l'invention ; - la figure 3 représente un diagramme de signaux de commande 15 du capteur utilisant le pixel de la figure 2. Le principe d'un capteur mettant en oeuvre l'invention est schématisé à la figure 1. Ce capteur d'image linéaire à défilement et intégration ou capteur TDI comporte N lignes de P pixels, le pixel de rang j 20 d'une ligne intermédiaire de rang i étant désigné par Pi,j ; i est un indice entier variant de 1 à N et j est un indice entier variant de 1 à P. Les pixels sont des pixels actifs comportant chacun quelques transistors MOS commandés par des signaux de commande. Les signaux de commande sont globaux (commande de tous les pixels à la fois) ; on notera 25 qu'il n'est pas nécessaire en principe de prévoir des signaux de commande affectés à une seule ligne à la fois comme c'est généralement le cas dans les capteurs CMOS à matrice de N lignes de P pixels. Le principe du pixel actif à transistors MOS qu'on va utiliser dans ce capteur TDI est d'une manière générale le suivant : pendant un temps 30 d'intégration tous les pixels intègrent dans une photodiode (qui, dans une matrice classique serait préalablement vidée de ses charges mais qui selon l'invention est remplie d'une charge initiale) les charges qui sont produites par la lumière ; puis la charge de la photodiode est déversée dans un noeud de stockage de charges du pixel qui a été remis à zéro avant ce 35 déversement ; puis, la charge du noeud de stockage est convertie en courant 2906081 6 ou en tension et appliquée à un conducteur de sortie, en général par un transistor monté en suiveur de tension. Dans une matrice classique à pixels CMOS, le conducteur de sortie est un conducteur de colonne commun à tous les pixels d'une même colonne et les pixels sont lus ligne par ligne de 5 manière que les conducteurs de colonne reçoivent la tension générée par les noeuds de stockage d'une seule ligne de pixels ; cette lecture se fait pendant un nouveau temps d'intégration de charges dans les photodiodes qui sont alors isolées des noeuds de stockage. Selon l'invention, et comme cela est visible sur la figure 1, il n'y a 10 pas de conducteur de colonne. La tension de sortie d'un pixel P(i-1),j de rang j de la ligne de rang i-1, représentant la charge accumulée sur le noeud de stockage de ce pixel à la fin d'une première période d'intégration, est appliquée au pixel Pi,j de rang j de la ligne de rang i en vue de la deuxième période d'intégration. Plus précisément, cette tension de sortie du pixel P(i-1),j 15 est appliquée à la photodiode du pixel de la ligne de rang i au début du temps d'intégration de la deuxième période et elle provoque l'initialisation dans la photodiode d'une quantité de charges initiale proportionnelle à cette tension. La photodiode va donc, au cours du temps d'intégration, accumuler une charge qui est la somme de cette charge initiale et d'une nouvelle 20 charge photogénérée. A la fin de la deuxième période d'intégration, c'est cette somme qui va servir à engendrer une tension de sortie pour le pixel de la ligne de rang i ; cette dernière sert au cours de la troisième période d'intégration à définir la charge initiale de la photodiode du pixel P(i+1),j de la ligne suivante. Et ainsi de suite.

25 Les périodes d'intégration sont synchronisées avec le défilement de l'image, de manière que la ligne de rang i intègre, pendant une période d'intégration, des charges photogénérées par la même ligne de scène qui a été observée par la ligne de rang i-1 pendant la période d'intégration précédente. Autrement dit, pendant la durée T d'une période d'intégration de 30 charges, le déplacement relatif de l'image projetée sur le capteur est égal au pas des lignes de pixels. Ainsi, la dernière ligne de pixels recevra finalement sur le noeud de stockage de charges de chaque pixel une quantité de charges qui sera le résultat d'une accumulation de charges générées par toutes les lignes de 35 pixels alors qu'elles observaient une même ligne d'image. On verra plus loin 2906081 7 que cette accumulation n'est pas forcément la somme exacte des charges de chaque ligne, ceci pour des raisons tendant notamment à des gains non unitaires lors des transferts ou des conversions charge-tension ; mais le résultat de cette accumulation est très proche de celui des capteurs à 5 défilement et intégration de charges et il procure les mêmes avantages, à savoir une amélioration significative du rapport signal/bruit ; l'amélioration est pratiquement dans un rapport égal à la racine carrée du nombre de lignes N. Un séquenceur SEQ gère la succession des signaux de commande des pixels. On donnera ci-après un exemple concret de signaux io de commande. Un registre de sortie RS (qui peut être un multiplexeur) reçoit les tensions de sortie de la dernière ligne de pixels (de rang N) et fournit sur une sortie OUT les tensions analogiques en provenance de cette dernière ligne, ou bien des tensions numériques si le registre comporte un ou plusieurs convertisseurs analogique-numérique.

15 La figure 2 représente la mise en oeuvre de l'invention dans le cas où la structure du pixel s'inspire de pixels à cinq transistors de type connu utilisé dans des matrices CMOS. Le pixel modifié selon l'invention comporte six transistors MOS Ti à T6 et une photodiode PD.

20 La photodiode PD est connectée en série avec le transistor Ti entre une masse et une tension d'alimentation Vdd. Le transistor Ti peut être rendu conducteur, pour une remise à zéro des charges de la photodiode, par un signal de remise à zéro général GSH agissant simultanément sur tous les pixels de la matrice avant le début d'un temps d'intégration. La commande 25 globale GSH permet de régler le temps d'exposition Te au sein de la période T d'intégration de charges puisque la photodiode ne peut pas intégrer de charges tant que le transistor Ti est conducteur. Ce transistor Ti est facultatif si on ne souhaite pas régler le temps d'exposition. Il peut servir aussi de drain anti-éblouissement.

30 Le noeud N1 reliant la photodiode et le transistor Ti accumule des charges au cours du temps d'intégration. Ce noeud N1 peut être relié brièvement à un noeud N2 de stockage de charges par le transistor T2, à la fin d'un temps d'intégration, par un signal de commande de transfert GTRA agissant simultanément sur tous les pixels de la matrice.

2906081 8 Le noeud de stockage N2 peut être remis à un potentiel de référence Vref (réinitialisation des charges du noeud N2) par le transistor T3 qui reçoit un signal de commande bref LRES commun à tous les pixels. Le signal LRES est émis à la fin de chaque temps d'intégration, avant l'émission 5 du signal GTRA. Le noeud N2 est par ailleurs relié à un circuit de conversion charge-tension comportant dans cet exemple deux transistors T4, T5. Plus précisément, le noeud N2 est relié à la grille du transistor suiveur T4 dont le drain est au potentiel Vdd et dont la source recopie (à une chute de tension 10 grille source près) le potentiel pris par la grille, c'est-à-dire le potentiel du noeud de stockage N2. La source du transistor T4 est reliée à une sortie Si du pixel Pi,j et c'est cette sortie qui sera reliée à l'entrée (Ei+1) du pixel de rang j de la ligne suivante. Un transistor T5, ayant sa grille portée à un potentiel fixe Vgc commun à tous les pixels des N lignes, constitue une 15 source de courant connectée entre la source de T4 et la masse pour que le transistor T4 fonctionne bien en suiveur. L'ensemble de T4 et T5 forme un circuit suiveur de tension établissant sur la source de T4 une tension qui recopie, à la tension grille-source (Vgs) près du transistor T4, la tension présente sur le noeud de stockage.

20 Enfin, un transistor T6, rendu conducteur par un signal de transfert interligne TL, global pour tous les pixels des N lignes, permet de relier une entrée Ei du pixel Pi,j au noeud N1 de la photodiode PD. Une capacité Cs a été représentée, reliée entre le noeud N2 et la masse ; elle peut être constituée par des armatures intentionnellement 25 construites en forme de capacité, ou par des capacités parasites présentes entre le noeud N2 et la masse. C'est elle qui permet que le noeud N2 agisse en temps que noeud de stockage de charges. Fonctionnement détaillé du pixel : 30 Pour décrire le fonctionnement du circuit, on va décrire d'abord la chronologie des signaux à chaque nouvelle période d'intégration de charges ; on rappelle que la valeur T de la période est synchronisée avec le déplacement relatif du capteur et de l'image observée, et elle est telle qu'une ligne d'image se déplace d'une ligne de pixels sur le capteur au cours d'une 35 période T ; la chronologie est la suivante et est visible à la figure 3 : 2906081 9 - émission d'un signal général GSH de définition de la durée d'exposition Te, c'est-à-dire du temps d'intégration de charges à l'intérieur de la période T ; ce signal fixe à Vdd le potentiel de la photodiode et empêche toute accumulation de charges (électrons) dans la photodiode ; l'intégration 5 de charges ne peut commencer qu'après la fin du signal GSH ; - après la fin du signal GSH, émission d'un bref signal de transfert interligne TL qui rend conducteur le transistor T6 ; la photodiode PD est portée au potentiel Vsi de l'entrée Ei du pixel et ne peut toujours pas intégrer de charges ; la photodiode reste isolée à la fin du signal de transfert TL et 10 son potentiel est dicté par la tension Vsi qui était présente sur l'entrée Ei à la fin du signal TL ; tout se passe comme si on avait déversé dans la photodiode une quantité de charges variable en fonction du potentiel Vsi présent sur l'entrée Ei ; plus précisément, la charge initiale prise alors par la photodiode, c'est-à-dire la quantité de charges ainsi fictivement déversée est 15 égale à la différence entre le potentiel Vsi et un potentiel intrinsèque Vpdi (potentiel de piédestal) de la photodiode ; ce potentiel de piédestal est le potentiel que prend le noeud N1 de la photodiode lorsqu'elle est complètement vidée de ses charges ; - intégration de charges à partir de cette charge initiale dans la 20 photodiode pendant la durée d'intégration réelle qui subsiste après les signaux GSH et TL ; - émission d'un bref signal LRES qui rend conducteur le transistor T3 et porte le noeud de stockage N2 au potentiel de référence Vref ; ce signal est un signal de réinitialisation des charges du noeud de stockage N2 et est 25 émis à un moment quelconque de la durée d'intégration, pourvu qu'il soit postérieur au signal TL et antérieur au début du signal GTRA qui va suivre et dont la fin marque la fin du temps d'intégration de charges ; - émission d'un bref signal de transfert GTRA, qui rend conducteur le transistor T2 (pour tous les pixels) et transfère vers le noeud N2 la charge 30 stockée dans la photodiode, qui est alors la somme de la charge initiale et de la charge photogénérée pendant le temps d'intégration ; par transfert de la charge de la photodiode vers le noeud de stockage, on entend une répartition des charges entre les noeuds N1 et N2 en proportion des capacités respectives de ces deux noeuds, mais dans tous les cas la charge transférée 2906081 10 sur le noeud N2 est proportionnelle à la charge de la photodiode, toujours avec le même coefficient de proportionnalité ; - après la fin du signal de transfert GRA, un nouveau signal GSH peut être émis.

5 Fonctionnement détaillé du capteur TDI : Les pixels de la première ligne se distinguent des autres en ce que leur entrée Ei (drain du transistor T6 commandé par le signal TL) n'est pas reliée à la sortie d'un pixel précédent mais est reliée à un potentiel fixe 10 permettant de vider complètement les charges de la photodiode avant le commencement d'un temps d'intégration Te. Ainsi, lorsque débute l'exposition proprement dite à la fin du signal TL, une photodiode de la première ligne est vidée de ses charges et accumulera seulement les charges photogénérées dans cette ligne par une première ligne d'image 15 observée. Au deuxième temps d'intégration, le capteur s'étant déplacé d'une ligne de pixels, c'est la deuxième ligne de pixels qui va recevoir les charges photogénérées par cette même première ligne d'image. Mais le signal TL appliqué aux pixels de cette deuxième ligne provoque l'application à la 20 photodiode de la tension présente à ce moment sur la sortie du pixel de la première ligne, c'est-à-dire une tension issue de la conversion charge-tension de la quantité de charges présente sur le noeud de stockage N2. Les pixels de la deuxième ligne prennent au début du deuxième temps d'intégration une charge initiale dictée par le résultat de l'intégration dans la 25 première ligne et y ajoutent, au cours du deuxième temps d'intégration, des charges photogénérées dans leurs photodiodes. On peut considérer pour simplifier qu'à la fin du deuxième temps d'intégration, la charge présente dans la photodiode est une somme des charges photogénérées par les deux premières lignes sur deux temps 30 d'intégration. Ainsi de suite, au Nième temps d'intégration, le potentiel pris par une photodiode de la N'eme ligne en début de temps d'intégration représente l'équivalent de la présence d'une charge accumulée sur N-1 temps d'intégration par les N-1 premières lignes du capteur ; et à la fin du Nième 35 temps d'intégration, la charge présente dans la photodiode (puis dans le 2906081 11 noeud de stockage N2) de la dernière ligne représente l'équivalent de la charge accumulée sur N temps d'intégration par les N lignes du capteur qui ont toutes observé la même ligne d'image. La tension correspondant à ce cumul est reportée par le transistor suiveur T4 de la dernière ligne vers le 5 registre de sortie où elle peut être extraite, ou bien d'abord convertie en mots numériques puis extraite. On a mentionné plus haut que l'entrée des pixels de la première ligne est connectée à une tension fixe. Cette tension fixe peut être une tension d'alimentation Vdd, mais pour la symétrie du fonctionnement, il est 10 préférable qu'elle soit engendrée par un montage tel que celui des transistors T3, T4 et T5 : une tension de référence Vref (la même que précédemment) est appliquée par un premier transistor (équivalent de T3) à la grille d'un transistor suiveur (équivalent de T4) chargé par une source de courant (équivalent de T5). De cette manière, la tension initiale prise par les 15 photodiodes de la première ligne est la même que la tension initiale que prendraient les photodiodes d'une ligne quelconque en l'absence total d'éclairement. Pour que le capteur fonctionne au mieux, il est souhaitable que la tension de référence Vref qui sert à réinitialiser le potentiel du noeud de 20 stockage N2 soit choisie d'une manière particulière : si on appelle Vgs la chute de tension grille-source du transistor T4 connecté à la source de courant T5, alors il est préférable que Vref soit choisie égale à Vpdi+Vgs, Vpdi étant la tension de piédestal (mentionnée plus haut) de la photodiode PD. Cette tension de piédestal, qui est la tension aux bornes de la 25 photodiode vide de charges, dépend de la technologie et peut être par exemple de l'ordre de 1 à 2 volts. Dans les transferts de charge évoqués précédemment et dans les conversions charge-tension qui sont effectuées, on notera que le rendement de transfert ou le gain de conversion n'est pas forcément unitaire, ce qui fait 30 que l'accumulation progressive de charges dans un noeud de stockage de la la Nième ligne n'est pas exactement la somme des charges photogénérées dans les N lignes. Par exemple, on peut considérer qu'il y a un gain non unitaire dans le circuit suiveur T4, T5. D'autre part, le rapport entre la valeur de 35 capacité Cd de la photodiode qui accumule les charges et la valeur de 2906081 12 capacité Cm du noeud de stockage intervient aussi (dans le rapport de ces capacités) pour définir le rapport entre les charges transférées et la tension prise par le noeud de stockage. Au total, le gain de l'étage entre la charge présente dans la 5 photodiode d'un étage à la fin d'un temps d'intégration et la charge équivalente appliquée à la photodiode de la ligne suivante au début du temps d'intégration suivant est de la forme G= Gt.Cd/Cm où Gt est le gain du circuit suiveur. Il est souhaitable que ce gain G soit le plus proche possible de 1 10 pour effectuer l'équivalent d'une accumulation de charges sur N lignes. L'invention a été décrite à propos d'une structure de pixel à six transistors (incluant le transistor T5 formant source de courant). Mais elle est utilisable par exemple aussi avec un pixel à cinq transistors, le transistor Ti de réglage de temps d'exposition étant purement et simplement supprimé. 15

Claims

REVENDICATIONS

1. Capteur d'image linéaire, à défilement et intégration, permettant la lecture synchronisée d'une même image linéaire successivement par N lignes de P pixels photosensibles et la sommation pixel à pixel de signaux issus de la lecture des différentes lignes, pendant des périodes d'intégration successives, en correspondance avec le défilement de l'image linéaire devant les N lignes de pixels, un pixel étant constitué par un circuit à transistors MOS comportant au moins une photodiode (PD), un noeud de stockage de charges (N2), un interrupteur (T2) pour transférer la charge de la photodiode vers le noeud des stockage (N2) à la fin d'une période io d'intégration, un interrupteur (T3) pour réinitialiser la charge du noeud de stockage avant ce transfert, et un circuit (T4,T5) de conversion charge-tension pour appliquer à une sortie (Si) du pixel une tension représentant la charge stockée sur le noeud de stockage, caractérisé en ce qu'un pixel de rang j dans une ligne de rang intermédiaire i a sa sortie (Si) reliée à une 15 entrée du pixel de rang j de la ligne de rang immédiatement supérieur i+1, et comporte une entrée (Ei) reliée à une sortie du pixel de rang j de la ligne de rang immédiatement inférieur i-1, avec un interrupteur (T5) entre l'entrée (Ei) et la photodiode (PD) pour appliquer à la photodiode, avant l'intégration de charges, la tension présente à l'entrée (Ei) du pixel. 20

2. Capteur d'image linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de conversion charge-tension comporte un premier transistor (T4) dont la grille est reliée au noeud de stockage (N2) et dont la source est reliée à la sortie du pixel, et un deuxième transistor (T5) monté en 25 source de courant, relié à la source du premier transistor.

3. Capteur d'image linéaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interrupteur de réinitialisation de la charge du noeud de stockage est relié à une tension de référence (Vref) dont la valeur est égale à la 30 somme de la chute de tension grille-source du premier transistor du circuit de conversion charge-tension et de la tension apparaissant aux bornes de la photodiode lorsque cette dernière est vide de charges et isolée. 2906081 14

4. Capteur d'image linéaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pixel comporte un transistor relié entre la photodiode et une tension d'alimentation (Vdd) pour relier la photodiode au potentiel de cette alimentation pendant une fraction de la période d'intégration de charges 5 et empêcher pendant cette fraction l'intégration de charges dans la photodiode.

5. Procédé de capture d'image, à défilement et intégration de signal, pour la lecture synchronisée d'une même ligne d'image successivement par N lignes de P pixels photosensibles et la sommation pixel à pixel de signaux issus de la lecture des différentes lignes, pendant des périodes d'intégration successives, en correspondance avec le défilement de l'image linéaire devant les N lignes de pixels, un pixel étant constitué par un circuit à transistors MOS comportant au moins une photodiode (PD), un noeud de stockage de charges (N2), et un circuit de conversion charge-tension (T4, T5) pour appliquer à une sortie (Si) du pixel une tension représentant la quantité de charges stockées dans le noeud de stockage, caractérisé en ce que, au début d'un temps d'intégration de charges photogénérées, on applique à la photodiode du pixel d'une ligne intermédiaire de rang i la tension de sortie d'un pixel d'une ligne précédente, on isole la photodiode, on y intègre des charges dues à la lumière, et enfin, à la fin du temps d'intégration, on transfère dans le noeud de stockage les charges de la photodiode.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on réinitialise la charge du noeud de stockage à une valeur fixe avant le transfert des charges de la photodiode dans le noeud de stockage.

7. Procédé de capture d'image selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel le circuit de conversion charge-tension comporte un premier transistor (T4) dont la grille est reliée au noeud de stockage (N2), caractérisé en ce que la réinitialisation de la charge du noeud de stockage est effectuée en reliant le noeud de stockage (N2) à une tension de référence (Vref) dont la valeur est égale à la somme de la chute de tension grille-source du premier transistor (T4) du circuit de conversion charge-tension et de la 2906081 15 tension apparaissant aux bornes de la photodiode lorsque cette dernière est vide de charges et isolée.

8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce 5 que le procédé comporte une étape de connexion de la diode à un potentiel d'alimentation (Vdd) avant l'application à la photodiode de la tension de sortie du pixel de la ligne précédente, pour relier la photodiode au potentiel de cette alimentation pendant une fraction de la période d'intégration de charges et empêcher pendant cette fraction l'intégration de charges dans la photodiode.