FR2946743A1 - Dispositif de detection de rayonnements electromagnetiques a detecteur bolometrique polarise, application a une detection infrarouge - Google Patents

Abstract

Ce dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques comporte au moins un pixel (10) de détection d'un rayonnement (IR) pour la fourniture d'un courant électrique (I, Im) représentatif de ce rayonnement détecté. Le pixel (10) comporte un circuit de détection (18) comprenant un détecteur bolométrique (20) relié en série à des moyens (22) de polarisation en tension. Le dispositif comporte en outre un circuit (34) de polarisation en courant du détecteur bolométrique (20), différent du circuit de détection (18), relié au détecteur bolométrique (20) en un point (36) du circuit de détection (18) situé entre le détecteur bolométrique (20) et les moyens (22) de polarisation en tension.

Description

La présente invention concerne un dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques et son utilisation pour une détection infrarouge. Cependant, bien que plus clairement décrite en relation avec la détection de rayonnements infrarouges par l'utilisation d'un imageur infrarouge, elle est également applicable au domaine de la détection d'autres rayonnements tels que les rayonnements visibles ou ultraviolets. L'invention s'applique plus particulièrement à un dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques comportant au moins un pixel de détection d'un rayonnement pour la fourniture d'un courant électrique représentatif de ce rayonnement détecté, le pixel comportant un circuit de détection comprenant un détecteur bolométrique relié en série à des moyens de polarisation en tension. Un tel dispositif est illustré schématiquement sur la figure 1 dans le cas d'un imageur infrarouge à balayage. Un exemple concret similaire est aussi divulgué dans la demande de brevet français publiée sous le numéro FR 2 848 666.

En général, il comporte une matrice de capteurs nommés pixels disposés en lignes et colonnes. Sur la figure 1, seul un pixel 10 est représenté par souci de simplification. Il est connecté à une colonne 12 de transmission de courants électriques commune à toute une colonne de pixels. Cette colonne de transmission 12 est reliée à un module 14 de traitement des courants électriques fournis séquentiellement par les pixels de la colonne considérée et transmis par la colonne 12, pour l'affichage d'une image matricielle résultant de la détection des rayonnements électromagnétiques IR par chacun des pixels. Ce module de traitement 14 est situé dans un circuit 16 de pied de colonne. Plus précisément, le traitement réalisé par le module 14 consiste à intégrer le courant électrique reçu du pixel 10 via un montage intégrateur. Le résultat de l'intégration est fourni sous forme de tension. C'est cette tension qui contient alors l'information fournie par le pixel 10. Cette tension est ensuite envoyée sur un bus qui récupère séquentiellement toutes les tensions associées à tous les pixels de la matrice du dispositif de détection. Cette séquence de valeurs associées aux pixels est ensuite transmise à un amplificateur vidéo pour enfin réaliser une reconstitution et l'affichage d'une image représentative des rayonnements électromagnétiques détectés. Le pixel 10 est un capteur qui comporte un circuit électronique 18 de détection des rayonnements électromagnétiques. Dans le contexte de l'imagerie infrarouge, ce circuit de détection 18 comprend généralement un détecteur micro-bolométrique non refroidi 20 relié en série à un transistor 22 de polarisation en tension de ce détecteur micro-bolométrique 20. Le transistor 22 est généralement de type MOS à effet de champ, plus précisément de type n dans l'exemple de la figure 1, monté en générateur de tension pour permettre l'acquisition et le traitement d'un courant électrique fourni par le détecteur micro-bolométrique 20. En effet, le détecteur micro-bolométrique 20 est un capteur réagissant aux variations de températures par une variation de sa résistance électrique autour d'une valeur moyenne qui dépend de l'un des matériaux qui le constituent. Par application de la loi d'Ohm, sa polarisation en tension lui permet donc de faire varier un courant électrique qui le traverse en fonction des variations de températures d'une scène soumise à l'imageur, autour d'une valeur moyenne définie par la polarisation. De façon classique, un détecteur micro-bolométrique non refroidi comporte les éléments suivants : - des moyens d'absorption d'un rayonnement électromagnétique IR pour la conversion de ce dernier en chaleur, des moyens d'isolation thermique du détecteur, permettant à celui-ci de s'échauffer, et - un élément résistif variable avec la température. Le potentiel de l'une des bornes du détecteur micro-bolométrique 20 est fixé à une valeur Vdt. Ainsi, la polarisation en tension du détecteur micro-bolométrique 20 par le transistor n-MOS 22 est contrôlée par la tension de grille Gdt de ce transistor qui, lui, est relié à l'autre borne du détecteur micro-bolométrique 20. Le transistor n-MOS 22 est généralement qualifié pour cela de transistor d'injection ou de polarisation.

Le circuit de détection 18 comprend en outre un interrupteur commandé 24, monté en série avec le transistor n-MOS 22 et le détecteur micro-bolométrique 20, pour la transmission synchronisée (avec les autres pixels) du courant lm qui traverse ce circuit électronique à la colonne de transmission 12. Ce courant lm est identique au courant lds qui traverse le transistor n-MOS 22 et à celui Ibolo qui traverse le détecteur micro-bolométrique 20, de sorte que ses fluctuations contiennent bien l'information utile fournie par le détecteur. Le courant Ibolo est donné par la relation suivante : Ibolo = Vs Vd ùVds Vd 1 Rbolo Rbolo Rbolo Rbolo x Vds, où Vs est la tension de la source du transistor n-MOS 22, Vd la tension du drain, Vds la tension drain-source et Rbolo la résistance du détecteur microbolométrique 20. Cela donne une caractéristique courant/tension représentée par une droite D à pente négative sur la figure 2. Par ailleurs, les caractéristiques courant/tension pouvant être obtenues aux bornes du transistor n-MOS 22 sont fonction de la tension Vgs entre sa grille et sa source et sont illustrées sur la figure 2 par trois courbes particulières Cl, C2 et C3 relatives à trois valeurs particulières Vgs1, Vgs2 et Vgs3 que peut prendre la tension Vgs. De façon connue en soi, ces caractéristiques courant/tension dépendant de la tension Vgs comportent chacune une première partie, dite de mode résistif du transistor considéré, dans laquelle l'intensité du courant lds croît avec la tension Vds tant que Vds reste inférieur à (Vgs ù Vt), où Vt est une tension de seuil caractéristique du transistor considéré, et une seconde partie, dite de mode saturé, dans laquelle l'intensité du courant lds reste sensiblement constante pour des valeurs de Vds supérieures à (Vgs ù Vt). A la limite de saturation, située entre ces deux modes, le courant lds est donné par la relation suivante : I d s = - x ,uni °x x Vds 2 , où W et L sont la largeur et la longueur du canal du transistor, ,un la mobilité des électrons (porteurs majoritaires du canal n) et C°x la capacité par unité de surface du transistor. L'ensemble des points des caractéristiques courant/tension dépendant de la tension Vgs situés à la limite de saturation est donné par la courbe parabolique P représentée sur la figure 2. Pour un bon fonctionnement du circuit de détection 18, la tension de grille Gdt du transistor n-MOS 22 est choisie de sorte que celui-ci fonctionne en limite de saturation. Par conséquent, la valeur de Ibolo = lds = lm est donnée par le point de fonctionnement situé à l'intersection entre la droite D et la parabole P. Ce courant lm fourni par le circuit de détection 18 à la colonne de transmission 12, parce qu'il est issu du détecteur micro-bolométrique 20, présente un mode commun élevé autour duquel se trouvent les faibles fluctuations du courant représentant les fluctuations de températures. Ce sont pourtant ces faibles fluctuations qui constituent l'information utile. Un circuit d'ébasage 26 est donc généralement prévu dans un circuit 28 de tête de colonne pour fournir un courant d'ébasage leb destiné à reproduire ce mode commun et à être transmis à la colonne de transmission 12. De cette manière, le courant leb peut être retranché du courant lm et éliminer ainsi le mode commun du courant lm afin de n'en conserver que la partie utile. Le circuit d'ébasage 26 comporte généralement un détecteur microbolométrique thermalisé 30 relié en série à un transistor 32 de type MOS à effet de champ, plus précisément de type p dans l'exemple de la figure 1. La borne du détecteur micro-bolométrique thermalisé 30 qui n'est pas reliée au transistor p-MOS 32 est fixée à une tension Veb, tandis que le transistor p-MOS 32 est soumis à une tension de grille Geb. Par détecteur micro-bolométrique thermalisé , on entend un détecteur micro-bolométrique dont la résistance est constante et indépendante du rayonnement reçu.

Des dégradations sont subies par le signal destiné à être visualisé. Elles sont dues, d'une part, au détecteur bolométrique lui-même et, d'autre part, aux autres éléments électroniques parmi lesquels le transistor d'injection 22 et les composants du module de traitement 14. Il existe donc un bruit bolométrique, d'une part, et un bruit électronique, d'autre part, qui viennent perturber le signal à traiter. Ces perturbations sont notamment sensibles lorsque le détecteur bolométrique est à faible résistance bolométrique moyenne. On observe en effet que la diminution de la résistance bolométrique moyenne entraîne une diminution du rendement d'injection du transistor 22 de polarisation en tension. A cause de cette diminution de rendement, le transistor 22 transmet moins bien le courant fourni par le détecteur micro-bolométrique 20. Mais le phénomène principal est l'augmentation du bruit en courant. Si la résistance bolométrique moyenne diminue, on montre que le bruit en courant causé par le détecteur micro-bolométrique 20 diminue, mais que le bruit en courant causé par le transistor 22 de polarisation en tension augmente de façon plus importante du fait de l'augmentation du courant qui le traverse. Une solution connue pour réduire le bruit en courant causé par le transistor 22 de polarisation en tension est d'augmenter sa taille. On montre en effet que plus un transistor est gros, moins il est bruyant. Cependant, agir sur les dimensions des composants s'avère délicat en particulier dans le domaine de l'imagerie. En effet, le dispositif de détection est généralement constitué d'une matrice de pixels, de sorte que tous les composants situés dans un pixel voient leur taille contrainte par la taille du pixel. Certains composants qui sont communs à plusieurs pixels, peuvent néanmoins être placés hors matrice, en pied et/ou en tête de colonne et/ou de ligne : il n'y a alors plus aucune contrainte sur leur taille. Dans le cas particulier du transistor 22 de polarisation en tension, celui-ci est relié en série au détecteur micro-bolométrique 20 et à proximité de ce dernier, à l'intérieur même du pixel 10. Il est donc limité en taille tant qu'il reste à l'intérieur du pixel.

Il est pourtant envisageable d'augmenter sa taille, à condition de le rendre commun à plusieurs pixels, mais l'architecture globale doit alors être complètement remaniée. En outre, ce partage du transistor 22 de polarisation en tension entre plusieurs pixels apporte des contraintes supplémentaires sur le fonctionnement du dispositif de détection. Certains imageurs infrarouge fonctionnent en effet avantageusement conformément à un mode de balayage qualifié de rolling shutter , selon lequel plusieurs lignes consécutives peuvent subir une acquisition en même temps. Il n'est alors plus possible d'envisager ce mode de balayage en présence de transistors de polarisation en tension de grande taille partagés entre plusieurs pixels.

La solution consistant à augmenter la taille du transistor 22 de polarisation en tension n'est donc pas optimale pour résoudre le problème de performance globale précité. Il peut ainsi être souhaité de prévoir un dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques qui permette de s'affranchir au moins partiellement des problèmes et contraintes précités sans avoir besoin de recourir à une telle solution. L'invention a donc pour objet un dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques comportant au moins un pixel de détection d'un rayonnement pour la fourniture d'un courant électrique représentatif de ce rayonnement détecté, le pixel comportant un circuit de détection comprenant un détecteur bolométrique relié en série à des moyens de polarisation en tension, ce dispositif comportant en outre un circuit de polarisation en courant du détecteur bolométrique, différent du circuit de détection, relié au détecteur bolométrique en un point du circuit de détection situé entre le détecteur bolométrique et les moyens de polarisation en tension.

Ainsi, cette polarisation en courant du détecteur bolométrique, indépendante du circuit de détection et opérant en amont des moyens de polarisation en tension, permet de réaliser un apport en courant nécessaire au détecteur bolométrique pour fonctionner de manière optimale tout en réduisant, par application de la loi des noeuds de Kirchhoff, le courant circulant en aval du circuit de polarisation en courant. Par conséquent, le bruit en courant généré en aval du circuit de polarisation en courant est réduit, sans nécessiter de composants de grande taille. On remarque par ailleurs que cette polarisation en courant peut également servir à compenser au moins partiellement le mode commun du courant fourni par le détecteur bolométrique, remplissant ainsi une fonction d'ébasage réalisée en amont des moyens de polarisation en tension. Si une compensation complète du mode commun est envisageable, cette nouvelle architecture peut même se passer de la structure d'ébasage usuelle située en tête de colonne. Cette nouvelle architecture remplit donc la double fonction de réduction du bruit électronique mentionné précédemment et d'ébasage amont, le tout sans nécessiter le redimensionnement des composants et sans nécessiter une modification de l'architecture globale matricielle. De façon optionnelle, le circuit de polarisation en courant comporte un transistor MOS à effet de champ monté en source de courant.

De façon optionnelle également, les moyens de polarisation en tension comportent un transistor MOS à effet de champ monté en générateur de tension. De façon optionnelle également, le transistor MOS du circuit de polarisation en courant et le transistor MOS des moyens de polarisation en tension sont de types, n ou p, différents.

De façon optionnelle également, le transistor MOS des moyens de polarisation en tension est de type p. En effet, les transistors p-MOS sont moins bruyants que les transistors n-MOS de sorte qu'il est avantageux que ce soit le transistor MOS des moyens de polarisation en tension, plutôt que le transistor MOS du circuit de polarisation en courant, qui soit de type p-MOS.

De façon optionnelle également, le circuit de polarisation en courant comporte un bolomètre thermalisé monté en série avec des moyens de polarisation en courant. Dans ce cas, le circuit de polarisation en courant réalise en outre un ébasage optimal qui permet de se passer complètement des circuits d'ébasage classiques.

De façon optionnelle également, le circuit de polarisation en courant est disposé dans le pixel de détection. Son faible encombrement permet effectivement de l'intégrer dans le pixel, malgré la petite taille de ce dernier. De façon optionnelle également, un dispositif de détection selon l'invention peut comporter une matrice de pixels disposés en lignes et colonnes et un circuit de polarisation en courant pour chaque colonne, commun à tous les pixels de cette colonne et disposé en tête de cette colonne. Il en résulte un gain de place conséquent. De façon optionnelle également, le détecteur bolométrique est un micro- bolomètre non refroidi. En effet, ce type de bolomètre est particulièrement adapté à l'architecture proposée, notamment lorsqu'il présente une faible résistance bolométrique moyenne. Enfin, l'invention a également pour objet l'utilisation d'un dispositif de détection tel que défini précédemment pour la détection de rayonnements de type infrarouge. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1, déjà décrite, représente schématiquement la structure générale d'un dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques de l'état de la technique, la figure 2, déjà décrite, illustre, sous forme d'un diagramme, une caractéristique courant/tension mettant en évidence un point de fonctionnement d'un pixel du dispositif de la figure 1, les figures 3 et 4 représentent schématiquement la structure générale d'un dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques selon des premier et deuxième modes de réalisation de l'invention, la figure 5 illustre, sous forme d'un diagramme, une caractéristique courant/tension mettant en évidence un point de fonctionnement d'un pixel du dispositif de la figure 3 ou 4, les figures 6 et 7 représentent schématiquement la structure générale d'un dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques selon des troisième et quatrième modes de réalisation de l'invention. Le dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques représenté sur la figure 3 comporte un certain nombre d'éléments identiques à ceux du dispositif de l'état de la technique décrit précédemment. Ces éléments repris portent par conséquent les mêmes références. Ainsi, bien que ce dispositif comporte une matrice de pixels disposés en lignes et colonnes, seul un pixel 10 et une colonne de transmission 12 sont représentés par souci de clarté. Cette colonne de transmission 12 est reliée à un module 14 de traitement des courants électriques situé dans un circuit 16 de pied de colonne. Le pixel 10 comporte un circuit électronique 18 de détection des rayonnements électromagnétiques. Ce circuit de détection 18 comprend, montés en série, un détecteur bolométrique 20, un transistor n-MOS 22 de polarisation en tension du détecteur bolométrique 20 et un interrupteur commandé 24 pour la transmission synchronisée du courant lm qui traverse ce circuit électronique 18 à la colonne de transmission 12. Ce courant lm est identique au courant lds qui traverse le transistor n-MOS 22, mais, contrairement au dispositif de la figure 1, il n'est pas identique au courant Ibolo qui traverse le détecteur bolométrique 20. En effet, le pixel 10 comporte en outre un circuit 34 de polarisation en courant du détecteur bolométrique 20, différent du circuit de détection 18, relié au détecteur bolométrique 20 en un point 36 du circuit de détection 18 situé entre le détecteur bolométrique 20 et le transistor n-MOS 22 de polarisation en tension.

Le circuit 34 de polarisation en courant comporte un transistor p-MOS 38 monté en source de courant. En d'autres termes, sa source est alimentée à un potentiel Vdd et sa grille est commandée par une tension réglable Go pour fournir un courant d'intensité prédéterminée Io. Par application de la loi de Kirchhoff au noeud 36, une relation est établie entre les trois courant Io, lds = lm et Ibolo : lds = Ibolo û Io. Ainsi, lorsque le détecteur bolométrique 20 est par exemple un détecteur micro-bolométrique qui doit fonctionner avec un courant moyen d'environ 1 pA, il est possible de régler Go pour que Io atteigne environ 1-E pA (E étant faible devant 1), cette valeur pouvant avantageusement correspondre au mode commun du courant fourni par le détecteur micro-bolométrique 20. On obtient ainsi un courant lds = lm aux bornes du transistor n-MOS 22 de polarisation en tension voisin de E pA, ce qui permet de réduire sensiblement le bruit en courant généré par ce transistor. Avantageusement, si ce courant lds = lm est bien débarrassé du mode commun, il ne comporte plus que l'information utile à fournir au module de traitement 14.

Par ailleurs, pour le détecteur micro-bolométrique 20, un fonctionnement optimal est obtenu si la tension entre ses bornes est proche d'une valeur prédéterminée Vo V. Cette valeur peut être obtenue par réglage grâce au transistor n-MOS 22 monté en générateur de tension. Plus précisément, elle est obtenue par fixation du potentiel de l'une des bornes du détecteur micro-bolométrique 20 à une valeur Vdt et par fixation du potentiel de l'autre de ses bornes, au point 36, via un réglage de la tension de grille Gdt du transistor n-MOS 22 de polarisation en tension. On notera que la présence du transistor n-MOS 22 de polarisation en tension, préservée dans l'architecture proposée, permet au circuit de détection 18 de disposer d'une tension flottante au niveau du drain de ce transistor, ce qui isole en tension le pixel 10 des autres pixels de la matrice et évite d'une façon générale de perturber un pixel durant la lecture d'un autre pixel.

On a vu que le courant de polarisation Io est réglable via la tension de grille Go du transistor p-MOS 38. De même, la tension de grille Gdt du transistor n-MOS 22 règle dans une certaine mesure le courant lds = lm en polarisant le détecteur bolométrique 20 en tension. Ainsi, à elles deux, les tensions de grille des deux transistors 22 et 38 permettent de fixer les trois courants moyens des trois branches des circuits de détection et de polarisation en courant : Io, Ibolo et lds = lm. De cette manière, on peut trouver la bonne configuration pour laquelle le courant de mesure lm atteint une valeur adéquate, c'est à dire assez petite pour rendre le transistor n-MOS 22 peu bruyant, et assez grande pour pouvoir contenir la totalité des fluctuations de courant liées aux fluctuations de températures de la scène détectée.

Le courant Ibolo est toujours donné par la relation suivante : Ibolo = Vs = Vd ûVds = Vd _ 1 xVds. Rbolo Rbolo Rbolo Rbolo Or, lds = Ibolo û Io, d'où :

Ids = Vd û Io û 1 xVds. Rbolo Rbolo Cela donne une caractéristique courant/tension représentée par la droite D' à pente négative sur la figure 5. Elle est parallèle à la droite D, mais décalée de Io vers les ordonnées négatives.

Pour un bon fonctionnement du circuit de détection 18, la tension de grille du transistor n-MOS 22 est choisie de sorte que celui-ci fonctionne en limite de saturation. Par conséquent, la valeur de lm = lds = Ibolo û Io est donnée par le point de fonctionnement situé à l'intersection entre la droite D' et la parabole P précédemment définie. Le courant lm au point de fonctionnement est largement réduit par rapport au courant lm obtenu dans le dispositif de la figure 1. Ce courant lm fourni par le circuit de détection 18 à la colonne de transmission 12 peut même ne plus présenter de mode commun si la valeur de Io est bien choisie. Il ne comporte alors plus que les faibles fluctuations qui constituent l'information utile. Le circuit d'ébasage 26, généralement prévu en tête de colonne comme indiqué sur la figure 1, n'est alors plus nécessaire dans ce cas. L'architecture du dispositif de détection s'en trouve simplifiée. Contrairement à l'architecture présentée en référence à la figure 1 où l'on avait seulement une polarisation en tension du détecteur bolométrique 20 via le transistor d'injection, il faut considérer deux effets différents dans l'architecture présentée en référence à la figure 3. A un premier ordre, le détecteur bolométrique 20 subit une polarisation en courant via le circuit 34 de polarisation en courant. Cela correspond de manière imagée à un réglage grossier du courant dans le détecteur bolométrique 20. A un second ordre, le transistor n-MOS 22 de polarisation en tension intervient, dans son régime de fonctionnement en limite de saturation, pour déterminer, via sa tension de grille Gdt, le nouveau point de fonctionnement du circuit de détection 18. Comme cela est visible sur la figure 5, ce point de fonctionnement dépend du courant de polarisation Io issu du circuit 34 de polarisation en courant, détermine le courant moyen aux bornes du transistor n-MOS 22 et, par conséquent, fixe sa tension de source et ainsi la tension aux bornes du détecteur bolométrique 20. Le transistor n-MOS 22 remplit donc bien le même rôle de polarisation en tension du détecteur bolométrique 20 que dans l'architecture de la figure 1, mais cette fonction de polarisation en tension n'intervient plus qu'à un second ordre. L'action sur la tension de grille Gdt de ce transistor correspond de manière imagée à un réglage plus fin du courant dans le détecteur bolométrique 20 et de l'état d'équilibre. Ce sont ces deux effets, la polarisation en courant au premier ordre et la polarisation en tension au second ordre, qui font converger le circuit de détection 18 vers son point de fonctionnement. Au final les conditions de fonctionnement optimal sont bien respectées : d'une part, le courant traversant le détecteur bolométrique 20 est suffisamment élevé en tant que somme du courant de polarisation Io et du courant de mesure lm = Ids et, d'autre part, le courant de mesure est suffisamment faible pour diminuer le bruit en courant engendré par le transistor n-MOS 22, mais suffisamment élevé pour contenir toute l'information utile, tout cela sans redimensionnement du transistor n-MOS 22. On observera par ailleurs que le transistor n-MOS 22 de polarisation en tension et le transistor 38 de polarisation en courant sont des transistors MOS à effet de champ de types, n ou p, différents. En l'occurrence, le transistor 22 est de type n et le transistor 38 de type p. Mais l'inverse est possible également, moyennant une légère réorganisation de l'architecture. Un deuxième mode de réalisation de l'invention proposant cette réorganisation est illustré sur la figure 4. Sur cette figure, le pixel 10 comporte un transistor 22' de polarisation en tension de type p et un transistor 38' de polarisation en courant de type n. L'architecture du pixel 10 est en outre légèrement réorganisée de la façon suivante : la source du transistor 38' de polarisation en courant est reliée à la masse, tandis que la borne du détecteur bolométrique 20, initialement fixée au potentiel Vdt est maintenant fixée au potentiel Vdd - Vdt. Les courants Io, lm et Ibolo sont en outre inversés, ce qui ne change rien aux équations et au point de fonctionnement indiqués précédemment. On notera simplement qu'un transistor de type p-MOS est généralement moins bruyant qu'un transistor de type n-MOS. Par conséquent, il est plus avantageux d'utiliser un transistor p-MOS en tant que transistor d'injection (i.e. transistor de polarisation en tension). Le deuxième mode de réalisation fournit donc à cet égard de meilleurs résultats que le premier mode de réalisation. Par ailleurs, étant donné que le circuit 34 de polarisation en courant réalise également une fonction d'ébasage au moins partiel, il n'est pas indispensable qu'il soit intégré au pixel 10. Ainsi, la figure 6 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel le circuit 34 de polarisation en courant, bien que toujours relié au point 36 à l'intérieur du pixel 10, est déporté dans le circuit 28 de tête de colonne. Un circuit de polarisation en courant peut ainsi être disposé en tête de chaque colonne de la matrice de pixels du dispositif de détection. Conformément à ce troisième mode de réalisation qui représente une variante du premier mode de réalisation, le circuit 34 de polarisation en courant comporte en outre un interrupteur commandé 40, actionné comme l'interrupteur commandé 24, pour synchroniser les pixels de la matrice dans leur capture et transmission d'information. Comme dans le premier mode de réalisation décrit précédemment, le circuit 34 de polarisation en courant pourrait ne comporter qu'un transistor monté en source de courant, ce qui revient à dire que l'ébasage effectué correspondrait alors à une simple soustraction d'une valeur toujours constante fixée à Io et considérée comme représentant le mode commun, quelle que soit la température de fonctionnement. Ce ne serait donc pas un ébasage optimal puisqu'il est connu que lorsque la température augmente, tout détecteur bolométrique subit un échauffement qui diminue la valeur moyenne de sa résistance et augmente le mode commun du courant le traversant. Pour s'adapter à ce phénomène, de façon optionnelle, un détecteur bolométrique thermalisé 42 peut être inséré entre le potentiel Vdd et la source du transistor p-MOS 38 de polarisation en courant. Ce détecteur bolométrique thermalisé 42 subit lui aussi un échauffement sans être soumis aux fluctuations rapides de la scène, de manière à optimiser la fonction d'ébasage du circuit 34 de polarisation en courant. De cette façon, la fonction d'ébasage décrite en référence à la figure 1 est complètement reproduite ici.

Un tel détecteur bolométrique thermalisé aurait aussi pu être intégré à chaque pixel du premier mode de réalisation, mais cette option est avantageusement mise en oeuvre lorsque le circuit 34 de polarisation en courant est déporté en tête de colonne 28. Enfin, comme précédemment, il est également possible d'inverser les types des deux transistors MOS à effet de champ utilisés, moyennant une réorganisation légère de l'architecture. Un quatrième mode de réalisation de l'invention proposant cette réorganisation est illustré sur la figure 7. Sur cette figure, le pixel 10 comporte un transistor 22' de polarisation en tension de type p et le circuit 34 de polarisation en courant, déporté en tête de colonne 28, comporte un transistor 38' de polarisation en courant de type n. L'architecture du pixel 10 est en outre réorganisée de la façon suivante : la borne du détecteur bolométrique 20 initialement fixée au potentiel Vdt est maintenant fixée au potentiel Vdd - Vdt. L'architecture du circuit 28 de tête de colonne est réorganisée de la façon suivante : la borne du détecteur bolométrique thermalisé 42 qui n'est pas reliée à la source du transistor 38' de polarisation en courant est reliée à la masse. Les courants Io, lm et Ibolo sont en outre inversés, ce qui ne change rien aux équations et au point de fonctionnement indiqués précédemment. De nouveau, puisqu'il est plus avantageux d'utiliser un transistor p-MOS en tant que transistor d'injection (i.e. transistor de polarisation en tension), le quatrième mode de réalisation fournit à cet égard de meilleurs résultats que le troisième mode de réalisation. Il apparaît clairement qu'un dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques à détecteur bolométrique tel que l'un de ceux décrits précédemment, conformément à des modes de réalisation de l'invention, permet de réduire le bruit électronique par rapport au bruit bolométrique, sans nécessiter pour autant d'augmenter la taille des composants électroniques associés aux détecteurs bolométriques. Ainsi, des mesures comparées, effectuées sur les dispositifs des figures 1 et 3 par exemple, montrent que la proportion du bruit électronique dans le bruit global diminue largement. Le bruit électronique qui était prédominant par rapport au bruit bolométrique se voit relativement réduit. Le rapport signal/bruit est quant à lui amélioré et donc l'image finalement obtenue de meilleure qualité avec une meilleure résolution.

Il apparaît également qu'un tel dispositif reste simple à mettre en oeuvre, sans complexification ou réorganisation importante de l'architecture initiale. L'architecture matricielle globale n'a pas besoin d'être remaniée. Au final, il n'y a pas non plus nécessairement de matériel ajouté par rapport à l'architecture initiale : le transistor ajouté pour la polarisation en courant remplit également un rôle d'ébasage au moins partiel. Il peut donc être placé en tête de colonne pour remplacer la structure initiale d'ébasage. Lorsqu'il est utilisé en série avec un détecteur bolométrique thermalisé, il remplit même la fonction d'ébasage de façon optimale. En outre, puisqu'il n'est plus nécessaire d'envisager d'augmenter la taille des composants électroniques contenus dans chaque pixel, cela permet d'éviter le partage de ces composants entre plusieurs pixels. Le mode de balayage en rolling shutter est donc toujours possible. En conclusion, l'architecture proposée permet d'améliorer les performances des imageurs pour les détecteurs micro-bolométriques. La mise au point de tels imageurs a pour vocation la réalisation industrielle de caméras infrarouges plus performantes en termes de qualité de l'image produite.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques comportant au moins un pixel (10) de détection d'un rayonnement (IR) pour la fourniture d'un courant électrique (I, lm) représentatif de ce rayonnement détecté, le pixel (10) comportant un circuit de détection (18) comprenant un détecteur bolométrique (20) relié en série à des moyens (22 ; 22') de polarisation en tension, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un circuit (34) de polarisation en courant du détecteur bolométrique (20), différent du circuit de détection (18), relié au détecteur bolométrique (20) en un point (36) du circuit de détection (18) situé entre le détecteur bolométrique (20) et les moyens (22) de polarisation en tension.
2. 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, dans lequel le circuit (34) de polarisation en courant comporte un transistor MOS à effet de champ (38 ; 38') monté en source de courant.
3. 3. Dispositif de détection selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens (22 ; 22') de polarisation en tension comportent un transistor MOS à effet de champ monté en générateur de tension.
4. 4. Dispositif de détection selon les revendications 2 et 3, dans lequel le transistor MOS (38 ; 38') du circuit de polarisation en courant et le transistor MOS (22 ; 22') des moyens de polarisation en tension sont de types, n ou p, différents.
5. 5. Dispositif de détection selon la revendication 4, dans lequel le transistor MOS (22) des moyens de polarisation en tension est de type p.
6. 6. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le circuit (34) de polarisation en courant comporte un bolomètre thermalisé (42) monté en série avec des moyens (38 ; 38') de polarisation en courant.
7. 7. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit (34) de polarisation en courant est disposé dans le pixel de détection (10).
8. 8. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant une matrice de pixels (10) disposés en lignes et colonnes (12) et un circuit (34) de polarisation en courant pour chaque colonne (12), commun à tous les pixels (10) de cette colonne (12) et disposé en tête (28) de cette colonne.
9. 9. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le détecteur bolométrique (20) est un micro-bolomètre non refroidi.
10. 10. Utilisation d'un dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 pour la détection de rayonnements de type infrarouge.