FR2946139A1 - Dispositif electronique d'ebasage du courant issu de detecteurs de rayonnement electromagnetique. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif microélectronique de mesure de rayonnement électromagnétique comprenant : au moins un détecteur (102) de type bolomètre, des moyens intégrateurs (110, 210, 310) comprenant : des moyens formant un condensateur d'intégration (112, 212, 312), destinés à produire en sortie, pendant un temps d'intégration, un premier signal (S ), d'amplitude et de fréquence variables en fonction dudit courant délivré par le détecteur, sous forme d'une série d'impulsions, des moyens de contrôle (120, 220, 320) dudit premier signal, prévus pour délivrer un deuxième signal (S ) et comprenant : des moyens de comptage (140, 240) prévus pour, compter chaque impulsion dudit premier signal détectée pendant le temps d'intégration, et indiquer une fin de comptage lorsqu'un nombre N prédéterminé d'impulsions est atteint, les moyens de contrôle étant mis en oeuvre pour lorsque le temps de fin d'intégration est atteint et qu'un nombre N prédéterminé d'impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, délivrer un deuxième signal d'amplitude, dépendante ou égale, à l'amplitude du premier signal.

Description

1 DISPOSITIF ELECTRONIQUE D'EBASAGE DU COURANT ISSU DE DETECTEURS DE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention se rapporte au domaine des capteurs de rayonnement électromagnétiques, et en particulier à celui des capteurs à bolomètres c'est-à-dire des détecteurs thermiques utilisés pour mesurer une quantité de flux énergétique absorbée, grâce à une variation de résistance provoquée par l'échauffement d'une plaque ou d'une couche de détection, et susceptibles de mesurer la puissance d'un rayonnement électromagnétique dans des domaines tels que les hyperfréquences ou le rayonnement infrarouge. L'invention concerne en particulier les capteurs à bolomètres agencés en matrice de X x Y pixels, X étant un nombre de colonnes (ou rangées verticales) de pixels et Y un nombre de lignes (ou rangées horizontales) de pixels. En imagerie infrarouge, on utilise un imageur comprenant une matrice de pixels pour capter le flux infrarouge, avec un bolomètre par pixel afin de réaliser une image infrarouge d'une scène, c'est-à-dire d'une surface couverte lors de l'enregistrement d'une image et dont le gabarit résulte des conditions d'observation et des propriétés du capteur utilisé. Un bolomètre est un capteur résistif dont la résistance varie avec la température et donc avec le flux de rayonnement provenant de la scène. 2 Pour lire la valeur de la résistance du bolomètre qui correspond à un flux infrarouge, on peut par exemple imposer une tension et mesurer un courant. Cependant, une variation de scène même importante, entraine une variation de courant relativement faible, le signal issu des bolomètres présentant une composante continue importante. Une variation de température de scène, par exemple de l'ordre de 50 K peut entrainer dans certains cas, une variation de courant par exemple de l'ordre de 1 %. Cette composante continue est préjudiciable au rapport signal à bruit et il s'avère nécessaire d'effectuer une opération qui consiste à éliminer ou à réduire cette composante continue. Un dispositif microélectronique capteur de rayonnements électromagnétiques suivant l'art antérieur, dans lequel une telle opération est effectuée, est donné sur la figure 1.

Dans ce dispositif, on soustrait au courant Idet issu d'un détecteur 2, un courant de valeur fixe Im prédéterminée, par exemple de valeur proche de la valeur moyenne du courant du capteur. Ce courant de valeur fixe est issu d'une source de courant fixe, qui peut être formée par exemple à l'aide d'un bolomètre de référence 1 insensible ou rendu insensible. Les bolomètres de référence peuvent être prévus par exemple en pied de colonne ou en tête de colonne d'une matrice de pixels. 3 On cherche ainsi à obtenir un courant à intégrer aussi petit que possible et qui correspond aux variations de la résistance du bolomètre sensible sous l'effet du flux de rayonnement électromagnétique de la scène. Le courant I issu de la différence entre le courant provenant du bolomètre sensible Idet et du courant Im provenant du bolomètre de référence est converti en tension grâce à un intégrateur 3, qui peut être formé d'un amplificateur 4 et d'un condensateur d'intégration 5 de capacité Cint. Le gain de cette conversion dépend du temps d'intégration Tint et de la valeur de la capacité d'intégration. (V = I x Tint / Cint). C'est uniquement une différence I = Idet - Im qui est traitée. Cette différence, étant typiquement de l'ordre de 100 fois plus petit que le courant Idet. La sortie du convertisseur est reliée à des à des moyens formant un circuit de lecture 8 du bolomètre. L'implantation de capteurs rendus insensibles pose des problèmes d'encombrement. Par ailleurs, le manque d'uniformité de leurs caractéristiques peut poser problème.

Dans un dispositif matriciel, plusieurs bolomètres de référence rendus insensibles peuvent être utilisés. Suivant la manière dont ils ont été mis en oeuvre, le courant Im peut être différent d'un bolomètre de référence à l'autre. 4 Il se pose le problème de trouver un nouveau dispositif de détection, qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne tout d'abord un dispositif microélectronique de mesure de rayonnement électromagnétique comprenant : - au moins un détecteur de rayonnement électromagnétique, tel qu'un bolomètre, prévu pour délivrer un courant en fonction de l'intensité du rayonnement détecté, - des moyens intégrateurs comprenant des moyens formant un condensateur d'intégration, destinés à produire en sortie, pendant une durée déterminée appelée temps d'intégration entre un instant de début d'intégration et un instant de fin d'intégration, un premier signal, d'amplitude et de fréquence variables en fonction dudit courant délivré par le détecteur, sous forme d'une série d'impulsions, - des moyens de contrôle dudit premier signal, prévus pour délivrer un deuxième signal, les moyens de contrôle comprenant des moyens de comptage prévus pour, compter ou décompter chaque impulsion dudit premier signal détectée pendant le temps d'intégration, et indiquer une fin de comptage lorsqu'un nombre N prédéterminé d'impulsions est atteint, les moyens de contrôle étant mis en oeuvre pour lorsque le temps de fin d'intégration est atteint et qu'un nombre N prédéterminé d'impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, délivrer un deuxième signal d'amplitude, dépendante de, ou égale à, l'amplitude du premier signal. Dans un tel dispositif, on se dispense de l'utilisation d'un capteur de référence tel qu'un 5 bolomètre rendu insensible pour supprimer une partie inutile du signal issu du détecteur sensible. Un gain de place important est ainsi obtenu. Des moyens d'échantillonnage, prévus pour mémoriser le deuxième signal lorsque la durée d'intégration prédéterminée est écoulée, peuvent être également prévus. Selon une possibilité de mise en oeuvre, les moyens de contrôle peuvent comprendre en outre : des moyens de détection des dites impulsions dudit premier signal.

Le dispositif peut être adapté pour un cas de fonctionnement dans lequel le détecteur est sous-éclairé. Ainsi, les moyens de contrôle peuvent être en outre mis en oeuvre pour : lorsque le temps de fin d'intégration est atteint et qu'un nombre inférieur à N impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, délivrer un deuxième signal d'amplitude égale à un premier potentiel seuil. Le dispositif peut être adapté pour un cas de fonctionnement dans lequel le détecteur est sur- éclairé. Les moyens de contrôle peuvent être en outre mis en oeuvre pour : lorsque le temps de fin d'intégration est atteint et que le nombre N d'impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, délivrer un deuxième signal 6 d'amplitude égale, en particulier à un potentiel de saturation atteint par le premier signal. Les moyens de contrôle peuvent comporter en outre : des moyens commutateurs mis en oeuvre pour, lorsqu'une fin de comptage est indiquée par lesdits moyens de comptage, commuter entre un premier potentiel seuil Vnoir, et la sortie desdits moyens intégrateurs délivrant le premier signal S1. Les moyens de contrôle peuvent comporter en outre : des moyens de réinitialisation agencés pour, pendant le temps d'intégration, consécutivement à chaque impulsion détectée dans le premier signal et tant que le nombre N d'impulsions détectées n'est pas atteint, appliquer un signal de réinitialisation, à au moins une borne dudit condensateur d'intégration de manière à faire varier le premier signal de manière opposée à ladite impulsion détectée. Les moyens de réinitialisation peuvent être agencés pour, stopper l'application du signal de rétroaction lorsque le nombre N d'impulsions détectées est atteint. Les moyens de réinitialisation peuvent comprendre des moyens formant au moins un interrupteur, ledit interrupteur étant commandé par au moins un signal d'indication de début de comptage prévu pour réinitialiser un comptage effectué par les moyens de comptage, et au moins un signal d'indication de fin de comptage généré par les moyens de comptage lorsque le nombre N prédéterminé d'impulsions est atteint.

Les moyens de réinitialisation peuvent comprendre des moyens formant au moins un première 7 paire d'interrupteurs, et au moins une deuxième paire d'interrupteurs, la première paire d'interrupteurs, et la deuxième paire d'interrupteurs étant commandées par les moyens de comptage.

La première paire d'interrupteurs, peut être prévue pour connecter une première borne du condensateur alternativement à la sortie et à une entrée inverseuse d'un amplificateur, la deuxième paire d'interrupteurs, étant prévue pour connecter une deuxième borne du condensateur, alternativement à l'entrée inverseuse et à la sortie de l'amplificateur. Ledit détecteur peut appartenir à une matrice de détecteurs. Selon une mise en oeuvre particulière, plusieurs des dites cellules peuvent être dotées d'un dispositif microélectronique tel que défini précédemment qui leur est intégré. Selon cette mise en oeuvre particulière ledit condensateur d'intégration peut être formé par un transistor. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un exemple de capteur à bolomètre suivant l'art antérieur, 8 - la figure 2 illustre un premier exemple de mise en oeuvre d'un dispositif suivant l'invention appartenant à un capteur matriciel à bolomètres, - les figures 3A à 3C représentent des signaux mis en oeuvre au sein du premier exemple de dispositif décrit en liaison avec la figure 2, - la figure 4 illustre un deuxième exemple de mise en oeuvre d'un dispositif suivant l'invention appartenant à d'un capteur matriciel à bolomètres, - les figures 5A à 5C représentent des signaux mis en oeuvre au sein du deuxième exemple de dispositif décrit en liaison avec la figure 4, - la figure 6 illustre un troisième exemple de mise en oeuvre d'un dispositif suivant l'invention appartenant à d'un capteur matriciel à bolomètres, - les figures 7A à 7C représentent des signaux mis en oeuvre au sein du troisième exemple de dispositif décrit en liaison avec la figure 6, Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. 9 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un premier exemple de dispositif microélectronique imageur, en particulier à bolomètres, va à présent être donné en liaison avec la figure 2 (seule une partie de l'imageur, et notamment une cellule élémentaire de l'imageur, étant représentée sur la figure 2). Ce dispositif fait partie d'une matrice de X rangées horizontales et Y rangées verticales de cellules élémentaires également appelés pixels . Les cellules élémentaires sont dotées chacune d'au moins un capteur comportant un élément détecteur de rayonnement électromagnétique de type bolomètre. Une cellule élémentaire peut comporter au moins un détecteur à bolomètre sous forme d'une thermistance 102, c'est-à-dire une résistance variant avec la température. La thermistance peut être associée en sortie à un transistor 104 dont la grille est polarisée à un potentiel Vg, afin de délivrer un courant de détection. Des moyens interrupteurs 106, commandés par un signal AdL d'adressage des lignes, c'est-à-dire des rangées horizontales de la matrice, sont dans cet exemple de réalisation, prévus en sortie du détecteur afin que celui-ci délivre le courant détecté à une colonne de la matrice, lorsque la rangée horizontale de la matrice à laquelle ce détecteur appartient est sélectionnée. Les moyens interrupteurs 106, peuvent être par exemple sous forme d'un transistor, permettant de connecter le bolomètre à un circuit de lecture ou à des moyens de lecture pendant une durée de capture. 10 Une tension de polarisation appliquée aux bornes du bolomètre 102 est constante pendant cette capture. Ainsi, lorsque la température varie, et que la scène change, c'est-à-dire que le rayonnement perçu par le capteur change, la résistance du bolomètre 102 varie, ce qui implique, compte tenu de la tension constante aux bornes du bolomètre 102, une variation du courant qui le traverse. Le courant issu du bolomètre 102 est convertit à l'aide de moyens intégrateurs 110, qui délivrent en sortie un signal que l'on appelle premier signal S. Les moyens 110 intégrateurs peuvent dans cet exemple, comprendre un amplificateur 114.

L'amplificateur 114 peut être doté d'une entrée noninverseuse mise à un potentiel de polarisation Vcol, ainsi que d'une sortie et d'une entrée inverseuse connectée aux bornes de moyens formant un condensateur 112 d'intégration, de capacité Cint. Le potentiel Vcol de polarisation peut être prévu et fixé en fonction de la gamme d'énergie électromagnétique incidente à détecter. Le potentiel Vcol peut être choisi égal ou proche d'un autre potentiel Vseuil de polarisation. Une intégration du courant détectée est réalisée pendant une durée appelée temps d'intégration Tint, comprise entre un instant dit de début d'intégration to et un instant dit de fin d'intégration tfin, (Tint étant fixe sur les 3 30 exemples de fonctionnement du dispositif donnés en 25 11 liaison avec les figures 3A-3C, les échelles n'étant pas nécessairement identiques entre ces 3 figures). Le début de l'intégration peut être déterminé par, et/ou être consécutif à, un changement d'état d'un signal dit de réinitialisation Sraz, tandis que la fin de l'intégration peut être déterminée par et/ou consécutive à, un changement d'état d'un signal dit de mémorisation Smem. Le premier signal S1 (représenté sur les chronogrammes des figures 3A, 3B, 3C, respectivement par des courbes de signaux S1a, S1b, Sic) résultat de l'intégration du courant issu du détecteur, est sous forme d'une série d'impulsions (respectivement P1a, P1b, Pic) dont la durée et la fréquence dépendent notamment de la capacité Cint choisie pour le condensateur d'intégration 112, ainsi que de l'intensité du courant issu du bolomètre 102, elle-même dépendante de l'énergie électromagnétique incidente sur le bolomètre 102.

Sur les figures 3A, 3B, 3C, le premier signal S1 est représenté pour différentes valeurs de courants issues du détecteur 102, et donc pour différentes énergies électromagnétique incidentes sur le bolomètre 102.

Un premier cas de fonctionnement est donné sur la figure 3A, tandis que sur les figures 3B, 3C, le premier signal S1 est représenté respectivement pour un deuxième cas, de sous-polarisation ou de sous- éclairement du détecteur 102, et pour un troisième cas, de sur-polarisation ou sur-éclairement du détecteur 102. 12 Le nombre d'impulsions du premier signal S1 est destiné à être comptabilisé, pendant la durée Tint d'intégration qui est la même dans les 3 cas de fonctionnement. Des moyens de contrôle 120 du premier signal SI, sont disposés en sortie de l'intégrateur 110, et sont destinés à délivrer un deuxième signal S2, dans lequel une partie d'information inutile du premier signal aura été supprimée. Les moyens de contrôle 120 sont agencés pour mettre en oeuvre une détection des impulsions du premier signal S. Pour cela, la sortie de l'intégrateur 110 peut être appliquée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur 121, et est comparée à un 15 potentiel de polarisation Vseuil appliquée à l'entrée non-inverseuse du comparateur 131. Le résultat de la comparaison entre le premier signal et Vseuil est mis sous forme d'un signal à deux états. Un monostable 133 en sortie du comparateur 131 peut être prévu afin 20 d'obtenir un signal sous forme d'impulsions calibrées. Une détection d'impulsions est ainsi mise en oeuvre afin d'effectuer un comptage ou un décompte de ces impulsions. Pour cela, le signal à deux états issu du monostable peut être délivré notamment à des moyens 25 de comptage 140 appartenant aux moyens de contrôle 120. Les moyens de comptage 140 peuvent être mis en oeuvre pour compter ou décompter chaque nouvelle impulsion détectée dans le premier signal S. Les moyens de comptage 140 sont également 30 mis en oeuvre pour émettre un signal d'indication de fin 10 13 de comptage, une fois qu'un nombre N d'impulsions prédéterminé est atteint et a été compté ou décompté. Le nombre d'impulsions N que les moyens de comptage sont destinés à compter ou décompter, peut être prévu en fonction d'une évaluation d'une valeur moyenne du courant issu des détecteurs de la matrice. Les moyens de comptage 140 peuvent comprendre par exemple au moins un compteur 145, par exemple un compteur numérique, qui peut être associé à des moyens pour indiquer une fin de comptage, par exemple comprenant une porte logique NAND 146, en sortie du compteur 145. Le signal d'indication de fin de comptage peut être transmis notamment à des moyens de réinitialisation 150 par exemple par l'intermédiaire d'une porte logique telle qu'une porte NAND 152 connectée à la sortie de la porte NAND 146 et du monostable 133. Les moyens de réinitialisation 150 sont notamment prévus pour, à la suite d'une variation du premier signal S1 sous forme d'une impulsion (impulsion P1a du premier signal S1a sur la figure 3A), appliquer un signal de rétroaction au condensateur 112 de sorte à faire varier le premier signal SI, de manière opposée à ladite variation (partie P' du premier signal S1a sur la figure 3A). Dans cet exemple de réalisation, à la suite d'une impulsion faisant croitre le premier signal SI, un signal de rétroaction est appliqué au condensateur 112 de manière à faire décroitre le premier signal S. 14 Le signal de rétroaction peut être un potentiel de rétroaction Vraz, appliqué par l'intermédiaire de moyens interrupteur 151. Les moyens de réinitialisation 150 permettent, dès qu'une impulsion a été détectée et comptabilisée, que la sortie de l'intégrateur soit remise au potentiel Vraz. Cela se traduit dans ce mode de réalisation, par une chute de tension du premier signal (portion P' des signaux S1a, S1b, Sic sur les figures 3A, 3B, 3C). L'application répétée d'un signal de rétroaction peut être stoppée dès lors que les moyens de comptage 145, ont atteint le nombre N d'impulsions prédéterminé.

Les moyens de réinitialisation 150 peuvent être ainsi prévus pour, lorsqu'ils reçoivent le signal d'indication de fin de comptage, stopper les ouvertures et fermetures répétées des moyens interrupteurs 151. Les moyens interrupteurs 141 peuvent être commandés par exemple par un signal délivré par des moyens 145 formant une porte logique NON OU, dont une entrée est connectée à la sortie des moyens de comptage 145 et à des moyens 143 pour appliquer un signal de remise à zéro Sraz.

La rétroaction permettant de contrôler les charges et décharges du condensateur 112 d'intégration est ainsi stoppée dès lors que le nombre N d'impulsions a été atteint. Sur les figures 3A, et 3C, cela se traduit 30 par une courbe représentative S1a du premier signal 15 qui, dès lors que le nombre N est atteint, continue de croître et n'est pas remise au potentiel Vraz. Ce blocage de la rétroaction peut être généré par des moyens comprenant par exemple une porte NON OU 145, en sortie du compteur 145 et de la porte NAND 146. Les moyens de contrôle 150 sont prévus pour délivrer le deuxième signal S2. Dans cet exemple, le deuxième signal S2 est maintenu à un premier potentiel seuil Vnoir tant que le comptage effectué par les moyens de comptage 145 n'a pas atteint la valeur N. Sur les figures 3A, 3B, 3C, cela se traduit par des courbes représentatives S2a, S2b, S2c du deuxième signal S2 qui restent au niveau Vnoir, tant que les moyens de comptage n'ont pas atteint la valeur N. Autrement dit, tant que la partie du signal que l'on souhaite supprimer n'est pas atteinte, les moyens de contrôle 150 produisent un deuxième signal S2 égal au premier potentiel seuil Vnoir.

Des moyens commutateurs 161 sont prévus en sortie des moyens de contrôle 120 et sont commandés par le signal de fin de comptage délivré par les moyens de comptage 140. Le signal de fin de comptage délivré par les moyens de comptage 140 permet de faire commuter les moyens commutateurs 161 de sorte que lorsque ces moyens reçoivent le signal de fin de comptage, ils connectent la sortie des moyens de contrôle 120 à la sortie de l'intégrateur 110, et délivrent un deuxième signal qui est égal à la sortie de l'intégrateur.

Lorsque le temps d'intégration Tint est écoulé, à l'instant tfin, le deuxième signal S2 est 16 échantillonné, à l'aide de moyens d'échantillonnage 170. Les moyens d'échantillonnage peuvent comprendre des moyens formant un interrupteur 171 commandé par un signal de mémorisation Smem, et qui lorsque le signal Smem change d'état connecte la sortie des moyens de contrôle 120 à un condensateur 172 de mémorisation. Les moyens d'échantillonnage 170 peuvent également comprendre un suiveur 173, commandé par un signal d'adressage de colonnes AdC.

Deux cas limites de fonctionnement du dispositif sont donnés en liaison avec les chronogrammes des figures 3B et 3C. Un cas de fonctionnement limite, est représentatif d'un sous éclairement du détecteur par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou d'une sous-polarisation du détecteur 102, est donné sur la figure 3B. Dans ce cas, lorsque le temps d'intégration Tint est écoulé, les moyens de comptage compteur 140 n'ont pas atteint la valeur N de comptage, ce qui maintient la sortie de l'étage 130 au potentiel Vnoir, le commutateur 161 étant forcé au potentiel Vnoir (signal S2b restant à Vnoir sur la figure 3C). Ainsi, on peut détecter une éventuelle sous-polarisation du détecteur 102 et ajuster l'état de polarisation du détecteur 102 en fonction de cette détection. Un deuxième cas, de sur éclairement par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou de sur-polarisation du détecteur 102, est donné sur la figure 3C. Dans ce cas, lorsque que le temps d'intégration Tint est écoulé, le compteur 145 a atteint la valeur N 17 de comptage, ce qui a bloqué la rétroaction. L'interrupteur 151 des moyens de réinitialisation est alors ouvert, et le condensateur d'intégration 112 continue sa charge et reste chargé lorsque sa charge est terminée. La sortie des moyens de contrôle 120 est mise au potentiel de sortie de l'intégrateur 110, qui atteint un potentiel de saturation Vsat. Ainsi, on peut détecter une éventuelle sur-polarisation du détecteur 102 et ajuster l'état de polarisation du détecteur 102, en fonction de cette détection. Un cas de fonctionnement du détecteur, lorsqu'il est normalement éclairé et normalement polarisé, est donné en liaison avec la figure 3A.

Le début de l'intégration est déclenché par un changement d'état du signal de réinitialisation Sraz. Puis, un décompte ou un comptage des impulsions du premier signal S1 est effectuée.

Chaque impulsion produit une réinitialisation. La rétroaction répétée est stoppée dès lors que les moyens de comptage 140 ont atteint la valeur N de comptage, ce qui est réalisé par un maintient à l'état ouvert de l'interrupteur 151 des moyens de réinitialisation 150. Lorsque les moyens de comptage 140 ont atteint la valeur N de comptage, les moyens commutateurs 161 basculent et sont connectés à la sortie de l'intégrateur 110. Le condensateur 112 d'intégration continue alors sa charge. 18 Lorsque le temps d'intégration est écoulé, Le signal de mémorisation Smem change d'état, de sorte qu'un échantillonnage en sortie des moyens de contrôle est réalisé.

L'amplitude A du deuxième signal S2, qui est dépendante de celle du premier signal S1, est alors mémorisée par l'intermédiaire par exemple d'un condensateur 172. L'amplitude A du deuxième signal S2, suit alors la relation suivante : Idet*Tint= ((N-1) *ôV + A) *Cint, avec Idet le courant issu du détecteur et ôV l'amplitude des impulsions détectées. Un deuxième exemple de dispositif microélectronique imageur, en particulier à bolomètres, est représenté sur la figure 4 (seule une partie de l'imageur, et notamment une cellule élémentaire de l'imageur, étant représentée sur cette figure). Cet exemple de dispositif diffère du précédent, notamment de par les moyens intégrateurs 210 dotés cette fois d'un condensateur d'intégration 212, dont les bornes sont susceptibles d'être connectées alternativement à l'entrée non-inverseuse ou à la sortie d'un comparateur 114 par l'intermédiaire d'interrupteurs 213a, 213b, 215a, 215b. L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 114 peut être mise à un potentiel Vcol, compris entre un potentiel Vseuil et un potentiel Vnoir. Des moyens de contrôle 220 du premier signal SI, délivré en sortie de l'intégrateur 210, sont prévus comme dans l'exemple précédent. 19 Ces moyens de contrôle 220 sont prévus, pour mettre en oeuvre une détection d'impulsions dans le premier signal, par exemple à l'aide d'un comparateur 131 destiné à comparer la sortie de l'intégrateur à un potentiel Vseuil. Les moyens de contrôle 220 comprennent dans cet exemple, un monostable 233 en sortie du comparateur 131 prévu pour obtenir des impulsions calibrées, avec en sortie du monostable 233, une porte NAND 234, qui, associée à la porte NAND 146 située en sortie du compteur, permet de verrouiller le comptage une fois que le nombre N d'impulsions est atteint. Pour cela, la porte NAND 234 peut avoir une entrée connectée à la sortie de la porte NAND 146 d'indication de fin de comptage, tandis que son autre entrée est connectée à la sortie du monostable 233. Les moyens de contrôle 220 diffèrent de celui décrit précédemment en liaison avec la figure 2, également de par les moyens de réinitialisation 250.

Les moyens de réinitialisation 250 sont prévus pour, à la suite d'une variation du premier signal S1 sous forme d'une impulsion, faisant varier le signal S1 (le premier signal étant représenté par les courbes S'1a, S'1b, S'1c, sur les figures 5A, 5B, 5C), appliquer un signal de rétroaction au condensateur 212 de sorte à faire varier le premier signal SI, de manière opposée à ladite variation. Un signal Scint aux bornes du condensateur d'intégration est également représenté sur les figures 5A, 5B, 5C. 20 Dans cet exemple de réalisation, à la suite d'une impulsion du premier signal S1 faisant croitre également le signal Scint, un signal de rétroaction est appliqué au condensateur 212 de manière à faire décroitre le signal Scint. Le signal aux bornes du condensateur ne présente plus dans cet exemple, de discontinuité brutale comme dans le premier exemple de réalisation, ce qui apporte des améliorations notamment en termes de bruit généré lors de l'intégration. La première paire d'interrupteurs 213a, 213b et la deuxième paire d'interrupteurs 215a, 215b, sont commandées par les moyens de comptage 240, par exemple par le bit de poids faible du compteur numérique 145. Parmi les interrupteurs, 213a, 213b, 213c, 213d, prévus pour connecter les bornes du condensateur d'intégration 212 au comparateur 114, une première paire d'interrupteurs, 213a, 213b est prévue pour connecter un première borne du condensateur d'intégration 212 alternativement, à la sortie, ou à une entrée inverseuse du comparateur 114, tandis que la deuxième paire d'interrupteurs 215a, 215b, est prévue pour connecter une deuxième borne du condensateur d'intégration 212, alternativement à l'entrée inverseuse, ou à la sortie du comparateur 114. A chaque impulsion détectée, l'état, ouvert ou fermé, des interrupteurs 213a, 213b, 215a, 215b, est modifié.

La commande répétée de l'ouverture ou de la fermeture des interrupteurs 213a, 213b, 215a, 215b, 21 peut être stoppée dès lors que les moyens de comptage ont atteint le nombre N d'impulsions prédéterminé. La rétroaction permettant de contrôler les charges et décharges du condensateur 212 d'intégration est ainsi stoppée dès lors que le nombre N d'impulsions a été atteint. Un cas limite, représentatif d'un sous éclairement du détecteur par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou d'une sous-polarisation du détecteur, est donné sur la figure 5B. Un autre cas limite, de sur éclairement par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou de sur polarisation du détecteur, est donné sur la figure 5C. Un cas de fonctionnement du détecteur, lorsqu'il est normalement éclairé, est donné en liaison avec la figure 5A. Le début de l'intégration est déclenché par un changement d'état du signal de réinitialisation Sraz.

Puis, un décompte ou un comptage des impulsions du premier signal S1 est effectuée. Chaque impulsion est suivie d'une rétroaction se traduisant par une variation opposée du premier signal. La rétroaction répétée est stoppée dès lors 25 que les moyens de comptage ont atteint la valeur N de comptage. Lorsque les moyens de comptage 230 ont atteint la valeur N de comptage, les moyens commutateurs 161 basculent et sont connectés à la 30 sortie de l'intégrateur 210. Le condensateur 212 d'intégration continue sa charge.

22 Lorsque le temps d'intégration Tint est écoulé (Tint étant fixe et donc le même pour les 3 exemples de fonctionnements du dispositif donnés en liaison avec les figures 5A-5C, les échelles n'étant pas nécessairement identiques entre ces 3 figures), à l'instant tfin, le deuxième signal S2 est échantillonné, à l'aide de moyens d'échantillonnage 170. L'amplitude A' du deuxième signal S2, suit la relation suivante : Idet*Tint= ((N-1) *26V' + A') *Cint, avec Idet le courant issu du détecteur et ôV l'amplitude des impulsions détectées. Comme dans l'exemple décrit précédemment en liaison avec la figure 2, une détection de l'état de la sortie de l'étage 120 lorsque le temps d'intégration Tint est écoulé, afin de détecter une éventuelle sur-polarisation ou sous-polarisation du détecteur 102 et ajuster l'état de polarisation du détecteur 102, en fonction de cette détection, peut être mise en oeuvre. Un troisième exemple de dispositif microélectronique imageur, en particulier à bolomètres, est représenté sur la figure 6 (seule une partie de l'imageur, et notamment une cellule élémentaire de l'imageur, étant représentée sur cette figure). Dans cet exemple, la matrice est formée de cellules élémentaires comportant chacune un bolomètre 312, des moyens intégrateurs 310 du courant issu du bolomètre 312, ainsi que des moyens de contrôle 320 qui peuvent être du type des moyens de contrôle 120 décrits précédemment en liaison avec la figure 2.

23 Dans cet exemple, les moyens intégrateurs 310 comprennent un condensateur d'intégration sous forme d'un transistor 312, par exemple de type MOS, dont la grille est reliée à une entrée des moyens de contrôle 320, et dont la source et le drain sont mises au même potentiel de polarisation, par exemple à la masse électrique. Cela permet de mettre en oeuvre dans chaque pixel les condensateurs et moyens d'intégration. Le potentiel de grille du transistor 312 correspond au premier signal S1 contrôlé par les moyens de contrôle 320. Ces moyens de contrôle 320 sont dotés, comme dans les exemples précédents, de moyens de détection des impulsions du premier signal S1 comprenant par exemple un comparateur 331, de moyens pour produire des impulsions calibrées comportant un monostable 333. Les moyens de contrôle 320 comprennent également des moyens de comptage 340 dotés par exemple d'au moins un compteur 345 associé à des moyens 346 formant une ou plusieurs portes logiques 352. Les moyens de contrôle 320 comprennent également des moyens de réinitialisation 350 dotés par exemple d'un interrupteur 351 susceptible d'appliquer un potentiel Vraz à la grille du transistor 312, consécutivement une détection d'une impulsion du premier signal S1. La réinitialisation effectuée dans cet exemple peut être ainsi semblable à celle mise en oeuvre du premier exemple donné en liaison avec la figure 2.

24 Comme dans les exemples précédents, une intégration peut être déclenchée par un changement d'état d'un signal de réinitialisation Sraz appliqué aux moyens de réinitialisation 350 ou produit par les moyens de réinitialisation 350. Lorsque le temps d'intégration Tint est écoulé, le signal Smem de déclenchement d'échantillonnage change d'état. Si un nombre N d'impulsions a été détecté, les moyens commutateurs 361 en sortie des moyens de contrôle 320 délivre un deuxième signal, dont l'amplitude dépend de celle du premier signal SI, et peut être dans cet exemple égale au premier signal S1. Un premier cas limite, représentatif d'un sous éclairement du détecteur par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou d'une variation de scène trop faible pour pouvoir être détectée par le bolomètre, ou d'une sous-polarisation du détecteur, est donné sur la figure 7B. Dans ce premier cas, lorsque que le temps d'intégration Tint est écoulé, les moyens de comptage 340 n'ont pas atteint la valeur N de comptage, ce qui maintient la sortie de l'étage 130 au potentiel Vnoir, le commutateur 371 étant forcé au potentiel Vraz (courbe de signal S"2b restant à Vraz sur la figure 7B). Un deuxième cas, de sur éclairement par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou d'une sur-polarisation du détecteur, est donné sur la figure 7C. Dans ce cas, lorsque que le temps d'intégration Tint est écoulé, le compteur 345 a atteint la valeur N de comptage, ce qui a bloqué la rétroaction.

25 L'interrupteur 351 des moyens de réinitialisation est alors ouvert, et le condensateur d'intégration 312 continue sa charge et reste chargé lorsque sa charge est terminée. La sortie des moyens de contrôle 320 est au potentiel de sortie de l'intégrateur 310. Un cas de fonctionnement du détecteur, lorsqu'il est normalement éclairé, est donné en liaison avec la figure 7A. Le début de l'intégration est déclenché par un changement d'état du signal de réinitialisation Sraz. Puis, un décompte ou un comptage des impulsons du premier signal S1 est effectuée. Chaque impulsion est suivie d'une rétroaction se traduisant par une variation opposée du premier signal. La rétroaction répétée est stoppée dès lors que les moyens de comptage 340 ont atteint la valeur N de comptage, ce qui est réalisé par un maintient à l'état ouvert de l'interrupteur 151 des moyens de réinitialisation 150. Lorsque les moyens de comptage 340 ont atteint la valeur N de comptage, les moyens commutateurs 361 basculent et sont connectés à la sortie de l'intégrateur 310. Le condensateur 312 d'intégration continue alors sa charge. Le monostable 333 peut être associé à des moyens de verrouillage du comptage des impulsions lorsqu'un nombre d'impulsions N a été compté. Lorsque le temps d'intégration Tint est écoulé, le signal de mémorisation Smem change d'état, de sorte qu'un échantillonnage en sortie des moyens de 5 26 contrôle est réalisé. L'amplitude du deuxième signal S2, qui est dépendante de celle du premier signal S1, est alors mémorisée par l'intermédiaire par exemple d'un condensateur 372. Des moyens multiplexeurs 380 peuvent être prévus en sortie des moyens d'échantillonnage.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif microélectronique de mesure de rayonnement électromagnétique comprenant : - au moins un détecteur (102) de rayonnement électromagnétique, prévu pour délivrer un courant en fonction de l'intensité du rayonnement détecté, - des moyens intégrateurs (110, 210, 310) comprenant des moyens formant un condensateur d'intégration (112, 212, 312), destinés à produire en sortie, pendant une durée déterminée dite temps d'intégration entre un instant (t0) de début d'intégration et un instant (tfin) de fin d'intégration, un premier signal (Si), d'amplitude et de fréquence variables en fonction dudit courant délivré par le détecteur, sous forme d'une série d'impulsions, - des moyens de contrôle (120, 220, 320) dudit premier signal, prévus pour délivrer un deuxième signal (S2) et comprenant : des moyens de comptage (140, 240, 340) prévus pour, compter ou décompter chaque impulsion dudit premier signal détectée pendant le temps d'intégration, et indiquer une fin de comptage lorsqu'un nombre N prédéterminé d'impulsions est atteint, les moyens de contrôle étant mis en oeuvre pour lorsque le temps de fin d'intégration est atteint et qu'un nombre N prédéterminé d'impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, 28 délivrer un deuxième signal d'amplitude, dépendante de ou égale à l'amplitude du premier signal.
2. 2. Dispositif microélectronique selon la revendication 1, comprenant en outre : des moyens de d'échantillonnage (170, 370), prévus pour mémoriser le deuxième signal (S2), lorsque la durée d'intégration prédéterminée est écoulée.
3. 3. Dispositif microélectronique selon la revendication 1 ou 2, les moyens de contrôle (120, 220, 320) comprenant en outre : des moyens de détection (131, 133, 234, 331, 333) des dites impulsions dudit premier signal (Si) .
4. 4. Dispositif microélectronique selon la revendication 1 ou 2, les moyens de contrôle (120, 220, 320) étant en outre mis en oeuvre pour : lorsque le temps de fin d'intégration est atteint et qu'un nombre inférieur à N impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage (140, 240), délivrer un deuxième signal (S2) d'amplitude égale à un premier potentiel seuil (Vnoir).
5. 5. Dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 4, les moyens de contrôle (120, 220, 320) étant en outre mis en oeuvre pour : lorsque le temps de fin d'intégration est atteint et qu'un nombre égal à N d'impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, délivrer un 29 deuxième signal (S2) d'amplitude égale à un deuxième potentiel seuil atteint par le premier signal (S1).
6. 6. Dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de contrôle (120, 220, 320) comportent en outre : des moyens commutateurs (161) les moyens commutateurs étant mis en oeuvre pour, lorsqu'une fin de comptage est indiquée par lesdits moyens de comptage, commuter entre un premier potentiel seuil (Vnoir), et la sortie desdits moyens intégrateurs (110, 210, 310).
7. 7. Dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens de contrôle comportent en outre : des moyens de réinitialisation (150, 250, 350) agencés pour, pendant le temps d'intégration, consécutivement à chaque impulsion détectée dans le premier signal et tant que le nombre N d'impulsions détectées n'est pas atteint, appliquer un signal dit de rétroaction , à au moins une borne dudit condensateur d'intégration de manière à faire varier le premier signal de manière opposée à ladite impulsion détectée.
8. 8. Dispositif microélectronique selon la revendication 7, les moyens de réinitialisation étant agencés pour, stopper l'application du signal de rétroaction lorsque le nombre N d'impulsions détectées est atteint. 30
9. 9. Dispositif microélectronique selon la revendication 7 ou 8, les moyens de réinitialisation comprenant des moyens formant au moins un interrupteur (151), ledit interrupteur étant commandé par au moins un signal d'indication de début de comptage (Sraz) prévu pour réinitialiser un comptage effectué par les moyens de comptage, et au moins un signal d'indication de fin de comptage généré par les moyens de comptage lorsque le nombre N prédéterminé d'impulsions est atteint.
10. 10. Dispositif microélectronique selon la revendication 7 ou 8, les moyens de réinitialisation comprenant des moyens formant au moins un première paire d'interrupteurs (213a, 231b), et au moins une deuxième paire d'interrupteurs (213c, 231d), la première paire d'interrupteurs, et la deuxième paire d'interrupteurs étant commandées par les moyens de comptage (145).
11. 11. Dispositif microélectronique selon la revendication 10, dans lequel le condensateur d'intégration (212) est relié à un amplificateur (114), la première paire d'interrupteurs (213a, 231b), étant prévue pour connecter un première borne du condensateur (212) alternativement à la sortie et à une entrée inverseuse de l'amplificateur, la deuxième paire d'interrupteurs (213c, 231d), étant prévue pour connecter une deuxième borne du condensateur, alternativement à l'entrée inverseuse et à la sortie de l'amplificateur. 31
12. 12. Capteur matriciel comprenant un dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 11, ledit détecteur (102) appartenant à une matrice de détecteurs.
13. 13. Capteur matriciel comprenant une pluralité cellules élémentaires, au moins plusieurs des dites cellules comportant un dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 11.
14. 14. Capteur matriciel selon la revendication 13, dans lequel ledit condensateur d'intégration (312) est formé par un transistor. 15
15. 15. Dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 14, le détecteur comportant au moins un bolomètre. 10