FR2942074A1 - Dispositif pour la detection d'un rayonnement electromagnetique, et notamment infrarouge - Google Patents

Abstract

Ce dispositif de détection de rayonnement électromagnétique comprend : ▪ un élément ou une pluralité d'éléments de détection (10) produisant un courant de signal en relation avec le rayonnement électromagnétique détecté, ▪ un étage d'intégration dudit courant de signal dans un premier condensateur (14), associé à un interrupteur d'initialisation (S0 connecté en parallèle audit condensateur, et destiné à former pendant une durée dite d'intégration une tension de sortie V . Le dispositif comprend en outre un étage (20) d'extension de dynamique dudit signal, comprenant : ▪ au moins un condensateur additionnel (24) monté en série avec un interrupteur associé (S1), lequel interrupteur est destiné à connecter en parallèle au premier condensateur (14) ledit condensateur additionnel, ▪ un bloc logique comportant un comparateur (21) référencé à une source de tension VREF dont l'autre entrée est portée à la tension V , et dont la sortie est reliée à un élément de commande (22, 23) de l'ouverture ou de la fermeture de l'interrupteur (S1) associé au condensateur additionnel, ▪ un élément de remise à zéro, connecté par le biais dudit élément de commande (22, 23) audit interrupteur (S1), Le bloc logique est apte à déterminer l'état de l'interrupteur (S1) pendant la durée d'intégration, de manière à former par addition séquentielle cumulée de la capacité du premier condensateur (14) et de la capacité du au moins un condensateur additionnel (24) la plus petite capacité d'intégration nécessaire à la formation d'un signal V inférieur ou égal à la tension VREF.

Description

DISPOSITIF POUR LA DETECTION D'UN RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE, ET NOTAMMENT INFRAROUGE DOMAINE DE L'INVENTION L'invention s'applique au domaine de la détection de rayonnement électromagnétique, et particulièrement celui de l'infrarouge. Elle s'applique plus spécifiquement au domaine de l'imagerie thermique à l'aide de détecteurs matriciels micro bolométriques, qu'il s'agisse de l'imagerie classique destinée à former des images thermiques, ou de l'imagerie thermographique destinée à obtenir des mesures de température. L'invention vise ainsi la formation d'images contenant le maximum d'informations utiles, obtenues à partir de scènes présentant une haute dynamique de flux, c'est-à-dire caractérisées par de grands écarts d'énergie émise entre les divers points de la scène, et plus spécialement un écart particulièrement important de température entre zones froides et zones chaudes en ce qui concerne les détecteurs thermiques, de l'ordre de plusieurs centaines de degrés C. PROBLEME TECHNIQUE - ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE Les développements formulés ci-après s'appuient sur le cas particulier des détecteurs thermiques de type microbolométrique, en ce qu'ils bénéficient particulièrement des avantages procurés par l'invention. Cependant, il convient de préciser que tous les détecteurs de rayonnement électromagnétique sont susceptibles de bénéficier de l'invention, qu'il s'agisse des détecteurs opérant par exemple dans le domaine visible, ou de détecteurs opérant dans l'infrarouge ou au-delà dans les bandes dites Terahertz . De même, l'invention bénéficie aussi bien aux détecteurs sensibles aux ondes électromagnétiques, comme les détecteurs thermiques par exemple de type bolométrique et capacitif, ou à antennes de couplage pour les domaines thermique et Terahertz, qu'aux détecteurs dits quantiques, sensibles aux corpuscules d'énergie électromagnétique parmi lesquels on notera les détecteurs opérant dès les bandes X, UV, Visible et infrarouge. On notera aussi que dans le contexte de la présente invention, comme il apparaitra par la suite, le terme de détecteur peut être entendu comme tout système technique destiné à produire un signal sous forme de courant électrique en relation avec une distribution unitaire, linéaire ou bidimensionnelle d'un phénomène quelconque.

Dans le domaine des détecteurs thermiques, il est connu d'utiliser des dispositifs agencés sous forme matricielle, et susceptibles de fonctionner à température ambiante, c'est-à-dire ne nécessitant pas de refroidissement à de très basses températures, contrairement aux dispositifs de détection appelés détecteurs quantiques , qui eux, nécessitent un fonctionnement à très basse température, typiquement celle de l'azote liquide.

Ces détecteurs non refroidis utilisent traditionnellement la variation d'une grandeur physique d'un matériau approprié, en fonction de la température, au voisinage de 300K. Dans le cas des détecteurs bolométriques, cette grandeur physique est la résistivité électrique.

Un tel détecteur non refroidi associe généralement : - des moyens d'absorption du rayonnement électromagnétique et de conversion de celui-ci en chaleur, - des moyens d'isolation thermique du détecteur, de telle sorte à permettre à celui-ci de s'échauffer sous l'action du rayonnement électromagnétique, - des moyens de thermométrie qui mettent en oeuvre un élément résistif, formé à partir d'électrodes et d'un matériau sensible, dit bolométrique, et des moyens de lecture des signaux électriques fournis par les moyens de thermométrie.

Les moyens d'absorption du rayonnement et de thermométrie sont intégrés dans une membrane suspendue par les moyens d'isolation thermique au dessus d'un substrat dans lequel sont disposés les moyens de lecture.

Les détecteurs destinés à l'imagerie infrarouge sont classiquement réalisés sous la forme d'une matrice de détecteurs élémentaires selon une ou deux dimensions, ladite matrice étant formée de manière dite monolithique ou reportée sur le substrat, généralement réalisé en silicium, dans lequel sont constitués des moyens d'adressage séquentiel des détecteurs élémentaires, et des moyens d'excitation électrique et de pré-traitement des signaux électriques générés par ces détecteurs élémentaires. Ce substrat et les moyens intégrés sont communément désignés par le terme de circuit de lecture .

Pour obtenir une scène par l'intermédiaire de ce détecteur, on projette la scène à travers une optique adaptée sur la matrice de détecteurs élémentaires, et des stimuli électriques cadencés sont appliqués par l'intermédiaire du circuit de lecture à chacun des détecteurs élémentaires, ou à chaque rangée de tels détecteurs, afin d'obtenir un signal électrique constituant l'image de la température atteinte par chacun desdits détecteurs élémentaires. Ce signal est traité de manière plus ou moins élaborée par le circuit de lecture, puis éventuellement par un dispositif électronique extérieur au boîtier afin de générer l'image thermique de la scène observée.

On a représenté en relation avec la figure 1 un circuit de lecture d'un dispositif de détection du rayonnement infrarouge selon l'état antérieur de la technique.

L'étage d'entrée des matrices de détecteurs thermiques à micro bolomètres comporte classiquement un pont bolométrique, constitué d'un micro bolomètre sensible au rayonnement incident, dit bolomètre actif (en temps que source d'un élément d'image) 10 de résistance Rac, associé à un micro bolomètre insensible au rayonnement incident, dit bolomètre

aveugle 11, par exemple thermalisé au substrat recevant le circuit de lecture, de résistance Ra,. Ces éléments thermiquement sensibles sont intégrés respectivement dans une branche de courant active et une branche de courant aveugle, connectées à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 13. Le courant dans la branche aveugle, dite aussi de compensation, est imposé par le potentiel d'alimentation VSK et de polarisation GSK appliqué à la grille du

transistor MOS d'injection M2. De manière symétrique, le courant dans la branche active est déterminé par le potentiel VDET et la polarisation GFID appliquée à la grille du transistor d'injection M1. Ce montage permet de soustraire, sous la forme du courant de compensation, l'essentiel du

courant de polarisation, ou de mode commun, traversant le bolomètre 10, qui ne comporte aucune information en relation avec la scène observée. Les variations spatiale et temporelle du rayonnement thermique en provenance de la scène se traduisent par des variations associées de la résistance de chaque microbolomètre actif 10, entraînant des variations du courant compensé

de mode commun dlbolo.

Cette composante de courant est intégrée dans un étage intégrateur de type CTIA ( Capacitive Trans-Impedance Amplifier ) destiné à la conversion courant / tension, formé de l'amplificateur 13, dont l'entrée non inverseuse est maintenue à la tension VBUS fixe mais ajustable, destinée à positionner le potentiel du point de sommation de courant d'entrée sur

l'entrée inverseuse, comme cela est bien connu en soi, d'un condensateur d'intégration 14 de capacité Cint, et d'un interrupteur SO disposé en parallèle, destiné à la remise à zéro de la charge du condensateur 14. Au départ d'un cycle d'intégration, la capacité 14 est d'abord déchargée par fermeture de

l'interrupteur SO à l'aide de la commande d'activation RAZ. L'interrupteur SO est ensuite ouvert à l'instant initial de la durée d'intégration. La tension de sortie Vaut de l'intégrateur à la fin du temps d'intégration T,nt s'exprime par la relation : V _ ~bo10 ~nt + VBUS out Crnt

En configuration matricielle à lecture balayée, très usuelle dans le domaine, les microbolomètres 10 d'une même colonne sont adressés séquentiellement au moyen des interrupteurs de sélection SELi, activés simultanément en parallèle le long d'une même ligne i, qui connecte le bolomètre à lire de la ième ligne au bus colonne 15. Un étage intégrateur et une branche de compensation sont disposés en bout de chaque colonne, et mis en oeuvre pour la lecture compensée de tous les éléments 10 de cette colonne.

En fin d'intégration d'une ligne i, la valeur de la tension de sortie du CTIA est échantillonnée et bloquée (mémorisée) dans l'étage échantillonneur-bloqueur ou SH ( Sample and Hold ) pour mémoriser temporairement l'information en tension sur la capacité C;,,t, en vue du transfert (multiplexage) des signaux ligne vers la sortie série, avant de lancer une nouvelle phase d'intégration telle que détaillée précédemment.

L'état antérieur de la technique propose des matrices de détection thermique pour lesquelles il faut choisir en termes applicatifs un compromis entre la sensibilité et la dynamique de scène. La dynamique de scène est l'écart entre les températures au niveau de la scène qui engendrent respectivement une saturation du signal en bas et en haut de la dynamique électrique de sortie du composant. Typiquement, l'utilisateur opte soit pour une sensibilité élevée, et la dynamique de scène observable s'en trouve nécessairement réduite, par exemple à quelques dizaines de degrés, soit il tient à une dynamique élevée, par exemple 200°C, et il doit accepter de ne disposer que d'une sensibilité modeste quelle que soit la scène observée.

En d'autres termes, l'utilisateur règle le point de fonctionnement du détecteur de façon à pouvoir répondre au mieux à son besoin en termes de compromis entre sensibilité et dynamique de scène.

Les considérations précédentes s'appliquent, moyennant adaptation des termes de chaque domaine particulier, à tout système formant un courant électrique de signal dont un exemple est dlboio dans le contexte de détail privilégié, en relation avec une caractéristique physique d'un élément de détection au sens large, destinée à être lue électroniquement pour former un signal d'information unitaire, linéaire ou bidimensionnelle du caractère observé. Dans ce cadre large, il s'agit de traiter le problème inhérent à l'évolution antagoniste entre la sensibilité de la chaine de formation du signal et l'amplitude des variations (la dynamique élevée) susceptible d'émaner de l'élément de détection à la source de ce dernier.35 Des dispositions complexes ont été proposées pour étendre la dynamique de scène, qui présentent toutes des limitations détaillées ci-après.

Ainsi, Mizrahi et al (froc. of SPIE, Vol 6940-20, 2008) propose la mise en oeuvre d'un 5 combined mode qui alterne une trame à fort gain (sensibilité), suivie d'une trame à faible gain et donc à grande dynamique de scène.

Le défaut de ce mode de fonctionnement réside dans la limitation de la disponibilité des données de haut débit en temps réel, qui est réduite puisqu'on ne peut afficher au final qu'une 10 trame sur trois.

La publication Egashira et al (Proc of SPIE, Vol 6542 , 65421R (2007) décrit la mise en oeuvre d'un temps d'intégration haut appliqué sur le premier pixel, puis un temps d'intégration bas appliqué au pixel voisin ; ce concept est appliqué à toute la matrice selon un damier. Un 15 séquenceur logique opérant après formation de la trame compare le signal formé à partir de chaque pixel en fonction d'un seuil. Lorsqu'un pixel fort gain (opérant selon le temps d'intégration haut) dépasse le seuil, il est remplacé par la moyenne de ses voisins à faible gain. Quand le pixel faible gain (opérant selon le temps d'intégration bas) est en dessous du seuil, il est remplacé par la moyenne de ses voisins à fort gain. Il se conçoit aisément la perte de 20 pertinence des signaux attachés aux pixels ainsi modifiés.

Le document WO 2007/135,175 décrit un circuit de réinitialisation des pixels d'un capteur d'images, dans lequel, pendant le temps d'intégration, les pixels sont échantillonnés trois fois à trois moments fixes : 25 ^ le premier échantillon sert à supprimer le bruit de commutation (dit bruit KTC ) des deux autres acquisitions, via un dispositif à double échantillonnage corrélé (dit CDS pour Correlated Double Sampling ) ; ^ le second échantillon intègre peu de signal ; ^ le troisième échantillon intègre un maximum de signal. 30 C'est ensuite un algorithme complexe qui applique un gain à ces deux signaux et choisit lequel sera proposé en sortie de façon à éviter les saturations et proposer une dynamique maximale.

Ce concept est consommateur de moyens logiciels et mémoriels par suite du traitement lourd de l'information externe à l'imageur, qui par ailleurs produit une information en sortie décalée par 35 rapport aux évènements de scène, du fait de l'échantillonnage multiple et du temps dédié aux calculs associés. Ce défaut est appelé non cohérence temporelle ou asynchronisme.

Le document US 6,164,530 décrit un capteur optique mettant en oeuvre des détecteurs photovoltaïques. La précharge d'une capacité auxiliaire est effectuée en parallèle à l'intégration du courant de la photodiode de détection. Si le signal de la photodiode dépasse un seuil (à fixer), un signal issu de la décharge de la capacité auxiliaire est proposé en sortie à la place de celui de la photodiode. Il s'agit donc d'une estimation du signal probable. Ce système est complexe à configurer, et le signal fourni pour les photodiodes saturées est relativement peu pertinent par rapport à la scène.

Le document US 7,103,569 décrit un capteur d'images mettant en oeuvre la combinaison de plusieurs accumulations successives de signaux avec des temps d'intégration très différents. Un traitement du signal complexe applique ensuite des gains en relation et définit un choix du signal pour la formation de l'image, de façon à exploiter au maximum la dynamique. Ce capteur présente en particulier l'inconvénient de nécessiter l'acquisition de l'équivalent de plusieurs trames pour n'en former qu'une seule, d'où une limitation de la fréquence de trame possible, et d'incohérence temporelle. Or, ces caractères sont essentiels dans les applications nécessitant une réactivité élevée du système qui exploite le détecteur par rapport aux évènements de scène.

Le document US 2,027,606 décrit un imageur optique, dans lequel l'électronique périphérique est adaptée au détecteur pour aboutir au résultat apparent d'extension de dynamique. Cette approche réclame un traitement du signal en aval de sa formation par le capteur, qui de fait ne présente pas de véritable dynamique étendue car le signal correspondant aux points saturés n'est qu'estimé, et l'image proposée n'est pas synchrone par rapport à la scène, avec les limitations déjà indiquées de qualité de l'information pour les applications rapides.

Le document US 7,202,463 décrit un capteur d'images à photodiodes. Le système de dynamique de scène étendue repose sur une détection de seuil par un comparateur de la tension issue du capteur, associée à un comptage du nombre de dépassements du seuil durant le temps d'intégration. En final, le signal est restitué en multipliant la tension seuil par le nombre de dépassements issu du compteur, à laquelle est ajoutée la valeur finale du capteur. Ce système est efficace, mais la capacité d'intégration est remise à zéro à chaque dépassement de la tension de seuil, phénomène générateur de bruit, surtout s'il est répété, et les fonctions de comptage, mémorisation et multiplication, susceptibles d'erreurs et imprécisions, sont coûteux en surface de circuiterie.35

Le document US 6,498,346 décrit un capteur quantique d'images infrarouge (QWIP). La large dynamique de scène est obtenue en utilisant deux voies d'intégration initialisées à deux instants différents, ce qui revient à mettre en oeuvre deux temps d'intégration différents, l'un nominal sur une sortie dite froide pour une dynamique de scène ordinaire, et l'autre plus court sur une autre sortie dite chaude pour permettre d'intégrer une dynamique de signal d'entrée plus forte. Ce système nécessite de doubler la chaîne d'intégration, caractère couteux en surface de circuiterie au niveau du détecteur et consommateur d'énergie, et conduit à la gestion de deux voies distinctes à l'extérieur du circuit, pénalisante dans la mise en oeuvre du composant, notamment pour le cas des matrices de grande dimension. Enfin, cette architecture est limitée à deux gains différents.

L'objet de l'invention est de proposer un mode de lecture qui ne présente pas les limitations visées précédemment, autrement dit qui forme un signal d'image en cohérence temporelle avec la scène, sans recours à un traitement numérique ou/et algorithmique postérieurs à la formation du signal, obtenu à l'aide d'une circuiterie très peu consommatrice d'énergie et de surface de substrat, à dynamique extensible selon le besoin, dépourvue de source de bruit additionnelle liée au fonctionnement des éléments attachés à l'invention, et qui associe naturellement et automatiquement une sensibilité adaptée à chaque flux de scène pixellique.

EXPOSE DE L'INVENTION

L'invention est centrée sur un circuit de lecture d'une matrice de détecteurs de rayonnement électromagnétique, et par exemple de microbolomètres, visant à s'adapter localement sur l'image, aux zones correspondant à des éléments de scène très chauds, sans saturation du signal de sortie, et ce, de manière autonome, c'est-à-dire sans besoin d'action externe au circuit postérieure à la formation du signal, tout en maintenant localement la sensibilité optimisée pour des scènes ordinaires.

Ce résultat est obtenu à l'aide d'une détection de seuil sur le signal de sortie formé à partir de chaque détecteur, et par exemple de chaque bolomètre, cette détection déclenchant en cours de lecture une modification du gain de la chaine de mesure. La validation ou non de ce caractère est par ailleurs programmable, et l'information de changement de gain est avantageusement fournie dans le flot de sortie du signal pour chaque site de détection.

Il apparaitra clairement par ailleurs à l'homme du métier que les éléments et fonctions décrits selon l'invention sont applicables directement à d'autres domaines de l'imagerie, même si la description qui suit est dirigée préférentiellement en relation avec la lecture de détecteurs microbolométriques opérant dans le domaine de l'imagerie de rayonnements thermiques.

Ainsi donc, l'invention vise un dispositif de détection de rayonnement électromagnétique comprenant : ^ un élément ou une pluralité d'éléments de détection produisant un courant de signal Iiä en relation avec le rayonnement électromagnétique détecté, ^ et pour chacun de ces éléments, un étage d'intégration dudit courant de signal dans un premier condensateur, associé à un interrupteur d'initialisation connecté en parallèle audit condensateur, et destiné à former pendant une durée dite d'intégration une tension de sortie Vout.

Selon l'invention, le dispositif comprend en outre un étage d'extension de dynamique dudit signal, comprenant : ^ au moins un condensateur additionnel monté en série avec un interrupteur associé, lequel interrupteur étant destiné à connecter en parallèle au premier condensateur, ledit au moins un condensateur additionnel, un bloc logique comportant un comparateur référencé à une source de tension VREF dont l'autre entrée est portée à la tension Vout, et dont la sortie est reliée à un élément de commande de l'ouverture ou de la fermeture de l'interrupteur associé au condensateur additionnel, pour ainsi permettre sa neutralisation ou au contraire sa connexion en parallèle dudit premier condensateur ; un élément de remise à zéro, connecté par le biais dudit élément de commande audit interrupteur, le bloc logique étant apte à déterminer l'état de l'interrupteur associé pendant la durée d'intégration, de manière à former la plus petite capacité d'intégration nécessaire à la formation d'un signal Voue inférieur à la tension VREF par addition séquentielle cumulée des capacités du premier condensateur et de la capacité du au moins un condensateur additionnel.

En d'autres termes, l'invention permet de faire face à des puissances radiatives importantes, tout en conservant une dynamique élevée et une durée d'intégration Tint constante.

Dit encore autrement, le circuit produit une tension Voue inférieure ou égale à une tension prédéterminée VREF, elle même sélectionnée à une valeur inférieure à la tension VSQ, de saturation de l'amplificateur, à partir de l'intégration dans le bloc capacitif constitué desdits premier et second (ou plus) condensateurs, du courant d'intégration lin pour former une charge Q. L'invention permet de sélectionner par le bloc logique la plus petite capacité formée par addition séquentielle cumulée des première et seconde (ou plus) capacités, apte à contenir cette charge Q de telle manière que la tension Voue soit inférieure ou égale à VREF. Lesdites seconde ou plus capacités sont susceptibles d'être nulle(s) quand la puissance radiative ne le justifie pas, c'est-à-dire aussi longtemps que Vout < VREF.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le bloc logique produit en sortie, en parallèle avec le signal Vout, un moyen ou signal digital d'identification de la valeur de la capacité C associée audit signal. On définit ce faisant un typage du gain ou facteur de conversion Vour/1;,, particulièrement utile dans les applications thermographiques de l'invention. Ce signal d'identification peut par exemple consister dans l'état de l'interrupteur associé au condensateur additionnel en parallèle du premier condensateur pendant l'intégration.

Dans le cadre plus spécifique des détecteurs de rayonnements thermiques, l'invention 10 comprend : ^ une matrice de bolomètres élémentaires sensibles au rayonnement incident, dits bolomètres actifs , formée au dessus d'un substrat dans lequel est réalisé un circuit de lecture à adressage séquentiel de chacune des lignes de ladite matrice, chacun des bolomètres actifs d'une même ligne étant polarisé simultanément par application d'une tension de 15 polarisation appliquée sur la grille d'un transistor d'injection associé à chaque bolomètre, dont le drain est relié à un bus colonne ; ^ une branche de compensation de mode commun montée à l'extrémité de chacune des colonnes de ladite matrice, et comprenant un bolomètre insensible au rayonnement incident, dit bolomètre aveugle , également formé au dessus du substrat et polarisé par 20 une tension de polarisation appliquée sur la grille d'un transistor d'injection ; ^ un étage intégrateur pour chacune desdites colonnes de la matrice, comprenant : - un amplificateur opérationnel, dont l'entrée inverseuse est reliée au bus colonne et au drain du transistor d'injection de la branche de compensation, et dont l'entrée non inverseuse est portée à une tension VBUS déterminée ; 25 - un premier condensateur d'intégration montée entre l'entrée inverseuse et la sortie de l'amplificateur ; - un interrupteur de remise à zéro de la charge dudit premier condensateur d'intégration ; et apte à générer une tension de sortie Vour représentative du signal détecté par les bolomètres actifs, déduction faite du courant de compensation de mode commun, le signal 30 en résultant étant échantillonné et mémorisé temporairement dans une étage ad hoc préalablement à son transfert vers une sortie série en vue de son traitement, le signal Vour étant par nature, du fait des limites des alimentations externes de l'amplificateur opérationnel, limité à une valeur maximale Vsat.

35 Selon l'invention, le dispositif de détection comprend en outre un étage d'extension de dynamique dudit signal, comprenant :5

^ au moins un second condensateur monté entre le bus colonne et la sortie de l'amplificateur de l'étage intégrateur, ledit condensateur étant susceptible d'être connecté en parallèle du premier condensateur, ou d'être neutralisé au moyen d'un interrupteur associé commandé par l'étage d'extension de dynamique ; ^ un comparateur référencé à une source de tension VREF, dont l'autre entrée est reliée à la tension Vou, issue de l'étage intégrateur, et dont la sortie est reliée à un élément de commande de l'ouverture ou de la fermeture de l'interrupteur susceptible de connecter ou neutraliser ledit second condensateur ; ^ un élément de remise à zéro, connecté par le biais dudit élément de commande audit interrupteur. Ainsi donc, en raison de la présence d'un tel étage d'extension de dynamique, intégrant au moins un condensateur additionnel, il devient possible, en fonction de la comparaison du signal Vous issu de l'étage intégrateur avec une tension de référence VREF préalablement déterminée, de stocker un excédent de charges dans ledit condensateur additionnel, évitant la saturation du signal issu du pixel considéré, sans pour autant affecter la sensibilité du détecteur au niveau des autres pixels. La tension de référence VREF est par ailleurs réglable, préférentiellement légèrement en dessous de la tension de saturation haute VSQ, de l'amplificateur opérationnel. Cette tension peut être générée en interne dans le circuit, selon une commande appliquée de l'extérieur au moyen de l'interface de programmation habituellement attaché aux circuits de lecture d'imagerie selon les techniques connues, ou encore forcée en externe par une entrée dédiée.

Selon une première forme de réalisation de l'invention, l'élément de commande est constitué d'une mémoire Latch associée à une porte logique OU, dont l'autre entrée est constituée par le signal de remise à zéro émanant de l'élément de remise à zéro.

Selon une autre forme de réalisation de l'invention, l'étage d'extension de dynamique du signal comporte N condensateurs montés en parallèle, chacun d'entre eux étant monté en série avec un interrupteur susceptible selon son état de connecter en parallèle au premier condensateur, ou de neutraliser le condensateur auquel il est associé, et l'élément de commande est constitué par un compteur digital à N sorties, chaque sortie étant connectée à l'une des entrées d'une porte logique OU dont la sortie est reliée à l'un des N interrupteurs, l'entrée du compteur digital étant constituée par la sortie de l'étage intégrateur.

Avantageusement, l'étage d'extension de dynamique du signal peut être neutralisé par un signal extérieur actionnable par l'utilisateur. En l'espèce, ce signal extérieur force le niveau bas en sortie du comparateur, qui induit donc l'ouverture du ou des interrupteurs associé(s) au(x) condensateur(s) additionnel(s) du bloc d'extension de dynamique.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées.

La figure 1 est une représentation schématique du circuit de lecture d'un dispositif de détection de rayonnement infrarouge selon l'état antérieur de la technique. La figure 2 est une représentation schématique du circuit de lecture d'un dispositif de détection de rayonnement infrarouge selon une première forme de réalisation de l'invention. La figure 3 est un chronogramme illustrant le signal de sortie de l'étage d'intégration et de remise à zéro selon le circuit de lecture de la figure 2. La figure 4 est un chronogramme illustrant le signal de saturation et le signal vidéo dans le cadre du circuit de lecture conforme à l'invention.

La figure 5 est une représentation schématique du circuit de lecture d'un dispositif de détection de rayonnement infrarouge selon une seconde forme de réalisation de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'architecture et le fonctionnement du circuit de lecture selon l'invention sont détaillés en relation avec la figure 2, au sein de laquelle les dispositifs de sélection ligne ne sont pas répétés par souci de simplification, car supposés identiques à ceux décrits en relation avec la figure 1.

Outre le pont bolométrique et l'étage intégrateur CTIA selon l'état de l'art, le circuit est complété par un élément 20 (représenté à l'intérieur des pointillés), constituant un étage d'extension de la dynamique du signal, caractéristique de l'invention. Cet élément 20 se détaille selon : ^ un condensateur 24 de capacité Cl ; ^ un interrupteur SI destiné à connecter la capacité 24 en parallèle avec la capacité 14 ; un comparateur 21 référencé à une source de tension VREF ; ^ un élément mémoire 22, (de type latch RS ) complété d'une porte logique OU 23, (notée OR sur la fig. 2) l'ensemble étant destiné à maintenir un état haut sur l'interrupteur S1 jusqu'à remise à l'état bas par la commande RAZ.

Cet élément 20, qui fonctionne selon des conditions détaillées ultérieurement, est typiquement implanté en bout de colonne, préférentiellement à proximité immédiate de l'étage intégrateur de manière à contrôler précisément les diverses capacités mises en oeuvre. 11

Un signal de validation VAL peut avantageusement être adjoint au circuit pour activer ou non la fonction large dynamique de scène , c'est-à-dire, pour neutraliser de manière numérique l'étage d'extension de dynamique 20, comme il sera vu plus loin. Cette neutralisation peut aussi être obtenue de manière analogique au moyen du réglage de la tension VREF.

Le système fonctionne comme suit : avant de commencer un cycle d'intégration, la sortie de la porte logique OU 23 est portée (ou maintenue) à l'état haut par la commande RAZ, qui porte aussi la sortie de l'élément mémoire 22 du dispositif 20 à l'état bas. L'interrupteur S1 est donc activé en position fermée, produisant la décharge du condensateur 24, en parallèle de la décharge du condensateur 14 par suite de la fermeture de l'interrupteur SO activé par la même commande RAZ.

Par suite de la mise à zéro de la charge des capacités Cuit et Cl, qui implique Vo,,, = VBUS, la 15 sortie ScoMP du comparateur 21 est également à l'état bas, et restera ainsi aussi longtemps que < VREF.

La commande RAZ est ensuite relâchée, déclenchant l'ouverture de l'interrupteur SO et le début de la phase d'intégration. La sortie de l'élément mémoire 22 est et demeure pendant ce 20 temps à l'état bas, et la porte logique OU 23 passe aussi à l'état bas, induisant l'ouverture de l'interrupteur S1. L'intégration se poursuit donc sur la seule capacité 14 Cuit connectée aux bornes de l'étage CTIA, car le condensateur 24 reste non connecté, l'interrupteur S1 étant maintenu en position ouverte.

25 Si durant toute la phase d'intégration de durée Ti,,, la sortie Vo,,, reste en dessous du potentiel VREF, aucune condition logique nouvelle n'apparait, et le cycle est tel qu'exposé précédemment, en relation avec la figure 1.

Par contre, si au cours de l'intégration la sortie Vout de l'étage CTIA atteint ou dépasse la valeur 30 VREF (définie comme un seuil prédéfini de changement de gain), la sortie ScoMP du comparateur 21 change de polarité, laquelle propage l'état haut en sortie de l'élément mémoire 22 et de la porte logique OU 23, qui active alors la fermeture de l'interrupteur S1. Il en résulte la connexion de la capacité d'intégration Cl du condensateur 24 en parallèle avec la capacité C,,,, du condensateur 14. La charge de la capacité Cl étant remise à zéro avant l'intégration 35 comme expliqué précédemment, la quantité de charge Q intégrée dans C,,,, se répartit dans les deux capacités en parallèle C;,,, et Cl.

Au moment du déclenchement de la phase d'extension de dynamique, c'est-à-dire lorsque Vaut = VREF on a: Q = Cint • (Vour - VBUS)= Cint. (VREF - VBUS) La quantité de charge Q se conserve, on a donc aussi, juste après commutation de la bascule RS 22 : Q = (Cm, + Cl). (Vout2 - VBUS) ; soit Vout2 = (Cint/(Cint + C2)). (VREF - VBUS)+ VBUS

Le déclenchement du fonctionnement de l'étage d'extension de dynamique 20 permet de 10 ramener la sortie du CTIA dans la dynamique électrique de l'amplificateur 13, à un niveau plus bas Vout2, comme cela est schématisé sur la figure 3.

Au-delà de cet instant, la phase d'intégration se poursuit, la sortie de l'étage CTIA continue de croître dans la dynamique, sans aucune perte d'information, mais selon une pente plus faible 15 puisque la capacité d'intégration est maintenant plus élevée en raison des deux capacités 14 et 24 en parallèle.

En fin d'intégration, la sortie Vout (Tint) est échantillonnée et bloquée dans l'étage SH, comme dans le mode d'intégration classique, puis les capacités Chi, et CI de l'étage CTIA sont 20 réinitialisées à zéro par activation de la commande RAZ avant un nouveau cycle d'intégration, comme indiqué précédemment.

En d'autres termes, l'invention consiste en un changement automatique de la valeur de la capacité d'intégration de l'étage CTIA (autrement dit un changement de gain), au-delà d'un 25 seuil de niveau de sortie prédéfini à VREF, afin d'éviter la saturation en sortie de l'amplificateur 13.

De cette manière, l'invention propose le maintien d'une sensibilité optimale sur les zones à faible dynamique locale, constituées de tous les pixels qui ne saturent pas, tout en fournissant 30 un signal exploitable et ne saturant pas, quoique doté d'une moindre sensibilité, sur les zones de l'image où la température de scène est trop élevée en regard de la dynamique thermique nominale, qui aurait sans l'invention produit une saturation du signal de sortie, c'est à dire un signal parfaitement dépourvu d'information de scène.

35 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'étage d'extension de dynamique 20 peut être validé ou rendu programmable de l'extérieur selon des techniques bien connues de l'homme du métier, par une entrée digitale VAL , telle qu'illustrée sur la figure 2, transmise au moyen de l'interface de programmation du circuit habituellement attachée aux circuits de

lecture d'imagerie selon les techniques connues, ou encore forcée directement en externe par une entrée dédiée.

Le circuit de lecture peut ainsi être utilisé à tout moment soit en mode normal, c'est-à-dire conformément au mode de fonctionnement décrit en relation avec la figure 1, soit en mode de dynamique de scène étendue . Typiquement, cette commande VAL force le niveau bas en sortie du comparateur 21, et de ce fait la bascule 22 ne change jamais d'état, et le condensateur 24 n'est donc jamais connecté en parallèle avec le condensateur 14. On notera que le réglage de la tension VREF à n'importe quelle valeur supérieure à VSQ, produit aussi l'effet d'inhiber la connexion du condensateur 24 car la sortie ScoMP se maintiendra à l'état bas. La capacité d'intégration C;,,, est habituellement programmable, pour les circuits classiques du domaine, sur plusieurs valeurs, pour répondre aux différents domaines d'application du circuit de lecture, et notamment dans l'objectif d'offrir à l'utilisateur un réglage externe de la dynamique de scène. De la même manière, la capacité Cl du dispositif peut être rendue programmable sur plusieurs valeurs afin d'adapter le mieux possible l'extension de la dynamique de scène en fonction des conditions opératoires du système ou selon l'application.

Il convient de noter que la mise en oeuvre ou non du module d'extension de dynamique produit en sortie des signaux V0 1 de valeur identique pour deux valeurs différentes de flux thermique de scène. Il n'est donc pas possible de décider à partir de la seule information Vour quel flux thermique (quelle température) caractérisait chaque point de scène pendant la formation du signal, et en définitive l'image ne peut être correctement formée et exploitée.

Pour les applications de simple imagerie, dans lesquelles on forme une image en relation avec la scène thermique sans se soucier des températures attachées à chaque point d'image, en d'autres termes dans les cas ordinaires où la calibration de la sortie par rapport à la température de scène a relativement peu d'importance, il n'est pas indispensable de disposer de l'information de changement de gain en sortie, consécutif à la saturation de la capacité d'intégration nominale (C;,,,) la plus faible parmi les capacités possibles offertes par l'invention, pour compléter l'image ou son traitement.

En effet, les scènes thermiques habituelles présentent des zones à haute température typiquement connexes, formant visuellement sur l'image des zones saturées obtenues selon un gain (en lien avec la capacité Cm1 + Cl) inférieur au gain nominal (en lien avec C;,,,) des zones non saturées , mais délimitées par un contour très contrasté du fait même du changement automatique de gain au passage des frontières . Ledit changement de gain sur l'image est de fait évident visuellement, et l'interprétation subjective de la scène thermique n'est pas compromise. Au contraire, les images formées au moyen du détecteur selon

l'invention présentent les détails et contrastes internes aux zones très chaudes, qui apparaissaient saturées (uniformes et donc dépourvues d'information) selon l'art antérieur de base, ou de manière bruitée ou/et différée par rapport à l'image selon l'art antérieur doté d'une disposition d'extension de dynamique.

Cependant, pour les applications de type thermographique en particulier, où une relation biunivoque entre le flux de scène et le signal fourni par le détecteur est requise, il est nécessaire d'informer le système exploitant les signaux de sortie, par exemple le traitement d'affichage vidéo, ou de calcul thermographique, du déclenchement de l'étage d'extension de dynamique.

A cet effet, il suffit de proposer en sortie du système un signal SAT , constituant cette information, disponible en sortie du dispositif 20, comme indiqué sur la figure 2. Ce signal permet de typer individuellement tous les pixels ayant déclenché le comparateur de saturation 21 de l'étage 20. Ce signal digital est synchrone avec la lecture balayée au niveau de chaque signal pixellique, et délivré en parallèle du flux vidéo analogique ou numérique de sortie du circuit de lecture. Sa mise en oeuvre pour le traitement adapté est donc triviale.

La figure 4 représente ainsi un exemple de sortie du signal de typage dans un cas particulier où trois pixels, dans une séquence quelconque, auraient fait déclencher l'étage d'extension de dynamique selon l'invention par effet de saturation.

La figure 5 représente une extension avantageuse du principe de l'invention exposé précédemment, réduite pour simplifier au seul bloc 20, et réduite au cas particulier où trois capacités peuvent être connectées en parallèle à l'étage d'intégration, en sus de la capacité d'intégration nominale C;,,, (non représentée). Il est bien entendu qu'un nombre quelconque de capacités peut être mis en oeuvre dans l'esprit de l'invention.

La bascule mémoire 22 est remplacée par un compteur digital 25 à N sorties, construit de telle manière que la Nième sortie bascule à l'état haut lorsque le signal SCOMP du comparateur 21 est passé à l'état haut pour la Nième fois depuis le début de l'intégration. Toutes les sorties qui sont passées à l'état haut sont maintenues dans cet état jusqu'à l'application du signal RAZ en entrée du compteur 25, qui force, lorsqu'il est appliqué, à travers la fonction RESET interne au comparateur, toutes ses sorties à l'état bas. N condensateurs 24, 34, 44, etc. de capacités judicieusement choisies Cn sont disposés en parallèle, et connectés par la sortie de N portes OU (collectivement repérées par 23), chacune associée à une sortie du compteur, et activant chacune un interrupteur Sn en série avec la capacité Cn.

L'intégration est précédée de l'activation de la commande RAZ, qui décharge en parallèle tous les condensateurs Cn via la fermeture simultanée des N interrupteurs Sn activés par les portes 23. Parallèlement, toutes les sorties du compteur 25 sont rétablies à l'état bas.

Lorsque la commande RAZ est relâchée au départ du cycle d'intégration, tous les interrupteurs Sn s'ouvrent, et seul le condensateur 14 de capacité Cin, est connecté au CTIA. Si le pixel en cours de lecture est suffisamment éclairé, il produit un courant en entrée du CTIA traduit par un signal intégré Vou, supérieur à la tension VREF, induisant le basculement de polarité du signal SCOMP qui induit à son tour le passage à l'état haut de la première sortie du compteur 25, qui passe la première porte 23 à l'état haut, laquelle ferme l'interrupteur S1. Le condensateur 24 est à cet instant connecté en parallèle sur le condensateur 14.

La sortie Vous repasse en dessous de VREF, et le signal ScoMP revient à l'état bas, jusqu'à ce que la croissance de la sortie Vou, sous l'effet du courant intégré atteigne ou dépasse éventuellement de nouveau le seuil VREF. Si cela se produit, la seconde occurrence d'état haut du signal ScoMP fait passer la seconde sortie du compteur 25 à l'état haut, avec pour effet de connecter le second condensateur 34 en parallèle des condensateurs 14 et 24.

Le processus peut se reproduire à l'identique autant de fois que le compteur 25 comporte de sorties, et l'étage 20 de condensateurs et interrupteurs associés additionnels. A chaque activation de sortie supplémentaire du compteur, la capacité équivalente d'intégration du CTIA augmente selon une progression qu'il suffit de prévoir judicieusement par conception du circuit de lecture. On conçoit aisément qu'il n'est pas besoin de prévoir un grand nombre de capacités pour assurer une extension de dynamique très importante et néanmoins produisant des signaux pertinents et manipulables ou interprétables aisément en sortie.

En ce qui concerne la valeur des capacités à proposer, il est déjà fort efficace par exemple de prévoir une série de capacités Cn toutes identiques à la capacité nominale C=n, de manière à produire une progression arithmétique de la capacité équivalente d'intégration.

Une autre façon très avantageuse d'exploiter l'invention est par exemple de prévoir à chaque incrément du compteur, un saut de capacité équivalente correspondant à un doublement, de manière à produire une progression géométrique de raison 2. Cette approche permet d'atteindre une dynamique de scène logarithmique deux fois, puis quatre fois plus élevée que le circuit de référence, à l'aide d'une capacité 24 de valeur Cin,, et d'une capacité 34 de valeur 2.Cn,, et ainsi de suite.

Ainsi, dans le cas d'un circuit de lecture intégrant un convertisseur analogique - numérique sur M bits, le signal de sortie numérique peut être directement étendu à N+M bits en multiplexant le signal de sortie Vidéo numérisé avec les N signaux digitaux SATn. L'avantage de ce fonctionnement est le résultat de formation directe, c'est-à-dire sans avoir à pratiquer aucune manipulation additionnelle, d'un signal numérique de dynamique étendue.

Le typage de l'information nécessaire au traitement adéquat par le système d'exploitation des données (processeur vidéo par exemple) est typiquement identique à ce qui a été décrit dans la forme la plus simple de l'invention (Cf. figure 4), par la sortie parallèle synchrone au flux de données vidéo des N signaux digitaux SATn correspondant aux N sorties des N portes 23, comme représenté sur la figure 5.

L'invention présente un certain nombre d'avantages par rapport aux circuits de lecture de l'état antérieur de la technique. Le premier avantage de l'invention est de pouvoir accéder à une dynamique de scène étendue tout en conservant une grande sensibilité sur la partie de l'image qui est transcriptible dans la dynamique électrique nominale.

20 En outre, la fréquence trame (définie par le nombre de fois où l'ensemble de la matrice est lue en l'espace d'une seconde) est conservée à l'identique par rapport aux standards habituels (60Hz par exemple). En d'autres termes, il n'y a pas dégradation de la densité temporelle d'information par rapport à certaines formes de l'état de l'art en matière d'extension de dynamique. 25 L'information de scène obtenue est maintenue en cohérence temporelle, ou synchronicité permanente avec la scène. En effet, l'espace de temps séparant un évènement quelconque sur la scène et la formation du signal exploitable par l'observateur ou le système exploitant le flux de sortie des signaux Voua, n'excède pas un temps trame, comme les détecteurs de l'état de l'art 30 pourvus de leur dynamique nominale limitée, mais contrairement à tous les détecteurs ou systèmes dont le flux de données est sur-échantillonné ou/et traité par calcul après formation des signaux bruts afin d'obtenir l'information réputée exploitable à dynamique étendue.

L'invention permet une simplification notoire de la mise en oeuvre en dynamique étendue pour 35 l'utilisateur, qui sans cela doit par exemple et typiquement changer le point de fonctionnement du détecteur en fonction de la gamme des températures de scène observée. En général, pour donner un ordre d'idée, trois points de fonctionnement différents sont nécessaires pour couvrir la dynamique [-40°C ; +1000°C] sans saturation.15

Par rapport aux méthodes du domaine technique basées sur l'adaptation du temps d'intégration, l'invention procure l'avantage de ne pas modifier le cycle thermique du bolomètre imposé par l'auto-échauffement par effet Joule pendant le cycle d'intégration. Cette caractéristique est particulièrement appréciable sur la stabilité du niveau continu en fonction des conditions thermiques opératoires ambiantes, en particulier lorsque de petites différences de température de scène sont recherchées avec une bonne stabilité temporelle. L'efficacité de la mise en oeuvre éventuelle du détecteur sans module de stabilisation Peltier (opération dite TEC-less en anglais), de plus en plus courante dans le domaine, est donc conservée.

Selon un mode de mise en oeuvre très simplifié, en ajustant les valeurs de la capacité Cl et de la tension de référence VREF (en fonction du produit) de manière intégrée dans l'architecture / câblage internes du circuit de lecture, l'utilisateur n'a rien à prévoir en termes de protocole d'acquisition et/ou de traitement d'information pour disposer simultanément d'une dynamique étendue et d'une sensibilité élevée, d'où une facilité d'utilisation extrême.

Une seule sortie VIDEO est nécessaire pour la mise en oeuvre du détecteur selon l'invention.

La conception initiale, puis la configuration ou programmation variable en service d'un détecteur selon l'invention, est réalisable aisément par l'homme de métier, au moyen des architectures et protocoles habituels de programmation digitale des détecteurs modernes, par exemple la validation ou l'inhibition à la demande de manière très simple et immédiate de la fonction dynamique étendue , ou le forçage depuis l'extérieur d'une des valeurs possibles de la capacité d'intégration équivalente, dans l'objet par exemple de calibration pour une application de thermographie.

Une information (le signal digital SAT) indiquant de manière synchrone au signal de sortie si un pixel donné a été l'objet d'un changement de gain ou non est disponible en parallèle à la sortie VIDEO, ou selon un ou plusieurs bits digitaux additionnels. Cette caractéristique permet de traiter de manière pratique et rapide l'ensemble des données image, comme par exemple la représentation vidéo (gestion sérielle immédiate des données pour exploitation maîtrisée dans la dynamique d'affichage par exemple) ou toute autre utilisation informative ou de traitement analogique ou numérique du flux de données, en relation avec l'occurrence d'un phénomène de saturation locale. Il n'y a pas de bruit de réinitialisation à zéro lors du changement de capacité d'intégration, comme dans certaines formes de l'art antérieur, car cette dernière n'est jamais vidée, jusqu'à l'instant où le signal V0 est échantillonné. En effet, le signal est continûment en cours d'établissement au cours du processus, et de plus, il n'apparait aucun temps mort d'intégration, aucune partie de l'information n'est perdue (en termes de charges représentatives de la scène).

Par ailleurs, les capacités parasites que représentent par exemple les grilles des interrupteurs de connexion et les connexions elles mêmes font partie intégrante de la capacité additionnelle et n'ajoutent en elles-mêmes aucune perturbation parasite. Le signal formé en sortie ne perd donc aucune forme de qualité par suite de l'application de l'invention.

L'invention a été plus particulièrement décrite en relation avec les détecteurs thermiques. Cependant, et comme déjà précisé en préambule, l'invention est susceptible d'application pour tous les détecteurs de rayonnement électromagnétique, qu'il s'agisse des détecteurs opérant par exemple dans le domaine du visible, ou de détecteurs opérant dans l'infrarouge ou au-delà. De même, l'invention s'applique également aux détecteurs sensibles aux ondes électromagnétiques à antennes de couplage pour les domaines thermique et Terahertz, mais aussi aux détecteurs dits quantiques, sensibles aux corpuscules d'énergie électromagnétique parmi lesquels on notera les détecteurs opérant dès les bandes X, UV, visible et infrarouge.

De manière générale, l'invention est susceptible d'être mise en oeuvre dès lors qu'il s'agit d'exploiter un courant en entrée établi en relation avec la détection d'une grandeur physique retranscrite électriquement sous forme d'un courant instantané de haute dynamique.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1 Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique comprenant : ^ un élément ou une pluralité d'éléments de détection (10) produisant un courant de signal en relation avec le rayonnement électromagnétique détecté, ^ un étage d'intégration dudit courant de signal dans un premier condensateur (14), associé à un interrupteur d'initialisation (SO) connecté en parallèle audit condensateur, et destiné à former pendant une durée dite d'intégration une tension de sortie Vou,, caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre un étage (20) d'extension de dynamique dudit signal, comprenant : ^ au moins un condensateur additionnel (24, 34, 44) monté en série avec un interrupteur associé (Si, S2, S3), lequel interrupteur est destiné à connecter en parallèle au premier condensateur (14) ledit condensateur additionnel, ^ un bloc logique comportant un comparateur (21) référencé à une source de tension VREF dont l'autre entrée est portée à la tension Vout, et dont la sortie est reliée à un élément de commande (22, 23, 25) de l'ouverture ou de la fermeture de l'interrupteur (Sl, S2, S3) associé au(x) condensateur(s) additionnel(s), un élément de remise à zéro, connecté par le biais dudit élément de commande (22, 23, 25) audit interrupteur (Si, S2, S3), et en ce que le bloc logique est apte à déterminer l'état de l'interrupteur (Si, S2, S3) pendant la durée d'intégration, de manière à former par addition séquentielle cumulée de la capacité du premier condensateur (14) et de la capacité du au moins un condensateur additionnel (24, 34, 44) la plus petite capacité d'intégration nécessaire à la formation d'un signal Vont inférieur ou égal à la tension VREF.
2. 2. Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc logique produit en sortie, en parallèle avec le signal Vout, un moyen ou signal digital d'identification de la valeur de la capacité d'intégration associée audit signal.
3. 3. Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal d'identification consiste dans l'état du ou des interrupteur(s) associé(s) au(x) condensateur(s) additionnel(s) en parallèle du premier condensateur (14) pendant l'intégration.
4. 4. Dispositif de détection d'un rayonnement thermique, comprenant : ^ une matrice de bolomètres élémentaires sensibles au rayonnement incident, dits bolomètres actifs (10), formée au dessus d'un substrat dans lequel est réalisé un circuit de lecture à adressage séquentiel de chacune des lignes de ladite matrice, chacun des bolomètres actifs d'une même ligne étant polarisé simultanément par application d'une tension de polarisation appliquée sur la grille d'un transistor d'injection (Ml) associé à chaque bolomètre, dont le drain est relié à un bus colonne (15) ; ^ une branche de compensation montée à l'extrémité de chacune des colonnes de ladite matrice, et comprenant un bolomètre insensible au rayonnement incident, dit bolomètre aveugle (11), également formé au dessus du substrat et polarisé par une tension de polarisation appliquée sur la grille d'un transistor d'injection (M2) ; ^ un étage intégrateur pour chacune desdites colonnes de la matrice, comprenant : un amplificateur opérationnel (13), dont l'entrée inverseuse est reliée au bus colonne (15) et au drain du transistor d'injection (M2) de la branche de compensation, et dont l'entrée non inverseuse est portée à une tension VBUS déterminée ; - une capacité d'intégration (14) montée entre l'entrée inverseuse et la sortie de l'amplificateur (13) ; - un interrupteur de remise à zéro RAZ de ladite capacité d'intégration ; et apte à générer une tension de sortie Vau, représentative du signal détecté par les bolomètres actifs, déduction faite du courant de compensation de mode commun, le signal en résultant étant échantillonné et mémorisé temporairement dans un étage d'échantillonnage-blocage (SH) préalablement à son transfert vers une sortie série en vue de son traitement ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre un étage (20) d'extension de dynamique dudit signal, comprenant : ^ au moins un condensateur (24, 34, 44) monté entre le bus colonne (15) et la sortie de l'amplificateur (13) de l'étage intégrateur, ledit condensateur étant susceptible d'être neutralisé ou connecté au moyen d'un interrupteur (Si, S2, S3) commandé par l'étage d'extension de dynamique ; ^ un comparateur (21) référencé à une source de tension VREF, dont l'autre entrée est reliée à la tension Vout issue de l'étage intégrateur, et dont la sortie est reliée à un élément de commande (22, 23, 25) de l'ouverture ou de la fermeture de l'interrupteur (Sl, S2, S3) susceptible de neutraliser ou connecter ledit condensateur ; • un élément de remise à zéro, connecté par le biais dudit élément de commande (22, 23, 25) audit interrupteur (Si, S2, S3).
5. 5. Dispositif de détection d'un rayonnement infrarouge selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de commande de l'ouverture ou de la fermeture de l'interrupteur (S 1, S2, S3) est constitué d'une mémoire LATCH (22) associée à une porte logique OU (23), dont l'autre entrée est constituée par le signal de remise à zéro émanant de l'élément de remise à zéro.
6. 6. Dispositif de détection d'un rayonnement infrarouge selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étage (20) d'extension de dynamique du signal comporte N condensateurs (24, 34, 44) montés en parallèle, chacun d'entre eux étant monté en série avec un interrupteur (Si, S2, S3) susceptible de neutraliser ou connecter le condensateur auquel il est associé, et l'élément de commande est constitué par un compteur digital (25) à N sorties, chaque sortie étant connectée à l'une des entrées d'une porte logique OU dont la sortie est reliée à l'un des N interrupteurs, l'entrée du compteur digital étant constituée par la sortie de l'étage intégrateur.
7. 7. Dispositif de détection d'un rayonnement infrarouge selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'étage (20) d'extension de dynamique du signal est neutralisé par un signal extérieur (VAL) actionnable par l'utilisateur.
8. 8. Dispositif de détection d'un rayonnement infrarouge selon la revendication 7, caractérisé en ce que le signal extérieur est un signal digital apte à forcer le niveau bas du comparateur (21), induisant l'ouverture du ou des interrupteurs (Si, S2, S3) associé(s) au(x) condensateur(s) (24, 34, 44).
9. 9. Dispositif de détection d'un rayonnement infrarouge selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la capacité des condensateurs (24, 34, 44) est de valeur identique à la valeur de la capacité nominale Cint de l'étage intégrateur.
10. 10. Dispositif de détection d'un rayonnement infrarouge selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la capacité du premier condensateur (24) de l'étage d'extension de dynamique est de valeur identique à la valeur de la capacité Cint de l'étage intégrateur, et en ce que la capacité des condensateurs suivants dudit étage d'extension de dynamique (34, 44) est double de la capacité du condensateur immédiatement inférieur (24, 34), c'est-à-dire activé lors de l'incrément précédent du compteur digital (25).