CAPTEUR D'IMAGE TERAHERTZ MULTIDIRECTIONNEL TERAHERTZ MULTIDIRECTIONAL IMAGE SENSOR
Domaine technique de l'invention L'invention est relative à la détection de rayonnement terahertz, et plus particulièrement à un capteur d'image muni d'une matrice de pixels. État de la technique Le domaine de fréquence du rayonnement terahertz (THz) s'étend de 100 GHz à 10 THz environ (1 THz = 1012 Hz). Le rayonnement THz est peu énergétique et non ionisant, ce qui le rend peu nocif. Pour cette raison, il est utilisé en imagerie médicale ou en imagerie pour la sécurité civile, par exemple pour détecter une arme dissimulée par un vêtement. L'imagerie THz repose sur la différence de comportement des matériaux lorsqu'ils sont exposés à des ondes électromagnétiques dans le domaine THz. Les matériaux diélectriques, tels que les plastiques, les céramiques, le papier, le bois et les tissus, sont transparents aux ondes THz. Par contre, les surfaces métalliques (conductrices) ou humides sont opaques aux ondes THz. On distingue deux types d'imagerie THz. L'imagerie passive exploite le rayonnement émis naturellement par les éléments d'une scène tandis que l'imagerie active utilise une source de rayonnement, extérieure à la scène. La source éclaire la scène et un capteur mesure la réflexion ou la transmission des ondes THz. Une source THz émet un rayonnement électromagnétique dont le champ électrique est le plus souvent polarisé. Cette polarisation, après interaction du rayonnement incident sur la scène, n'est généralement pas uniforme : l'orientation du champ électrique varie d'un endroit à l'autre de la scène. La polarisation qui en résulte en chaque point de l'image est due à la géométrie particulière de la source, aux caractéristiques en réflexion ou en transmission des photons sur les éléments de la scène. Un capteur d'image THz classique comprend une matrice de détecteurs unitaires ou pixels. Chaque pixel comporte une antenne destinée à capter le rayonnement THz et à le convertir en un signal électrique. Ce signal est ensuite transmis à un dispositif de détection, par exemple un bolomètre, une diode ou un transistor MOS. Les pixels sont fabriqués collectivement à partir d'un substrat en matériau semi-conducteur, à l'aide des techniques de la microélectronique. En particulier, les antennes réceptrices sont réalisées en utilisant les niveaux métalliques qui servent habituellement aux interconnexions des circuits intégrés. Les antennes sont ainsi planes et situées dans un plan parallèle au dispositif de détection formé dans le substrat. La figure 1A représente schématiquement un capteur d'image THz en technologie CMOS, tel que décrit dans l'article « A CMOS Focal-Plane Array for Terahertz Imaging », par U.R. Pfeiffer et al. - 33rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, 2008. Ce capteur comprend une matrice de pixels photosensibles Px organisés en lignes et en colonnes. Par souci de clarté, seulement trois lignes et trois colonnes de pixels sont représentées. Chaque pixel Px comporte une antenne dipolaire 2, dont la longueur est égale à une demi-longueur d'onde (dipôle demi-onde). L'antenne 2 est constituée de deux brins métalliques disposés de part et d'autre d'un dispositif de détection 4. Le dispositif 4 est un transistor MOS dont la tension Drain-Source constitue le signal de sortie. Dans ce type de capteur, les antennes ont une géométrie simple, peu coûteuse et facilement reproductible. Elles présentent par contre une sensibilité de détection variable selon la polarisation du flux de photons. On parle alors d'antenne anisotrope. L'antenne dipolaire de la figure 1 a par exemple une sensibilité maximale selon l'axe du dipôle alors qu'un flux de photons polarisé perpendiculairement à son axe ne sera pas détecté. A titre d'illustration, on a représenté sur la figure 1A le flux de photons émis par une scène. Ce flux est symbolisé par des flèches en traits pointillés. La longueur des flèches correspond à l'amplitude du flux de photons (ou à l'amplitude du champ électrique) et la direction des flèches correspond à son orientation (la phase du champ électrique). Le flux de photons est ici uniforme en énergie (amplitude constante), mais présente des orientations différentes selon les endroits de la scène (phase variable). TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to the detection of terahertz radiation, and more particularly to an image sensor provided with a matrix of pixels. STATE OF THE ART The terahertz radiation frequency range (THz) ranges from 100 GHz to about 10 THz (1 THz = 1012 Hz). THz radiation is low in energy and non-ionizing, which makes it harmless. For this reason, it is used in medical imaging or imaging for civil security, for example to detect a weapon concealed by a garment. THz imaging is based on the difference in behavior of materials when exposed to electromagnetic waves in the THz domain. Dielectric materials, such as plastics, ceramics, paper, wood and fabrics, are transparent to THz waves. On the other hand, metallic (conductive) or wet surfaces are opaque to THz waves. There are two types of THz imagery. Passive imaging exploits the radiation emitted naturally by the elements of a scene while active imaging uses a source of radiation, external to the scene. The source illuminates the scene and a sensor measures the reflection or transmission of THz waves. A THz source emits electromagnetic radiation whose electric field is most often polarized. This polarization, after interaction of the incident radiation on the scene, is generally not uniform: the orientation of the electric field varies from one place to another of the scene. The resulting polarization at each point of the image is due to the particular geometry of the source, the characteristics in reflection or transmission of photons on the elements of the scene. A conventional THz image sensor comprises a matrix of unitary detectors or pixels. Each pixel has an antenna for sensing the THz radiation and converting it into an electrical signal. This signal is then transmitted to a detection device, for example a bolometer, a diode or a MOS transistor. The pixels are manufactured collectively from a substrate of semiconductor material, using microelectronics techniques. In particular, the receiving antennas are made using the metal levels that are usually used for the interconnections of the integrated circuits. The antennas are thus flat and located in a plane parallel to the detection device formed in the substrate. FIG. 1A schematically represents a THz image sensor in CMOS technology, as described in the article "A CMOS Focal-Plane Array for Terahertz Imaging", by U.R. Pfeiffer et al. - 33rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, 2008. This sensor comprises a matrix of photosensitive pixels Px organized in rows and columns. For the sake of clarity, only three rows and three columns of pixels are represented. Each pixel Px comprises a dipolar antenna 2, the length of which is equal to half a wavelength (half-wave dipole). The antenna 2 consists of two metal strands arranged on either side of a detection device 4. The device 4 is a MOS transistor whose drain-source voltage constitutes the output signal. In this type of sensor, the antennas have a simple geometry, inexpensive and easily reproducible. On the other hand, they have a detection sensitivity that varies according to the polarization of the photon flux. This is called anisotropic antenna. The dipole antenna of FIG. 1 has, for example, a maximum sensitivity along the axis of the dipole, whereas a flux of photons polarized perpendicularly to its axis will not be detected. By way of illustration, FIG. 1A shows the flux of photons emitted by a scene. This flow is symbolized by arrows in dashed lines. The length of the arrows corresponds to the amplitude of the photon flux (or to the amplitude of the electric field) and the direction of the arrows corresponds to its orientation (the phase of the electric field). The photon flux here is uniform in energy (constant amplitude), but has different orientations depending on the locations of the scene (variable phase).
La figure 1B représente l'image de cette scène, obtenue à l'aide de la matrice de pixels Px. Plus le signal en sortie du pixel Px est important, plus la zone correspondante de l'image est sombre. Dans le coin en haut à gauche de la matrice, le flux de photons est polarisé parallèlement à l'axe de l'antenne 2, le signal détecté est alors maximal (noir). A l'inverse, dans le coin en bas à droite, le flux de photons est polarisé perpendiculairement à l'axe du dipôle. Le pixel produit un signal minimal (blanc). Ainsi, on remarque que le contraste de l'image est donné par l'amplitude du flux de photons dans une polarisation donnée. Il existe donc une perte 1 o d'informations dans les pixels où le flux de photons n'est pas parallèle à l'axe de l'antenne. Résumé de l'invention On constate qu'il existe un besoin de prévoir un capteur d'image terahertz capable de récolter plus d'informations sur le rayonnement d'une scène. 15 On tend à satisfaire ce besoin en prévoyant un capteur d'image terahertz muni d'une matrice de pixels photosensibles organisés en rangées et colonnes, chaque pixel comprenant une antenne anisotrope destinée à capter un rayonnement électromagnétique avec un axe de sensibilité maximale, et en prévoyant dans la matrice au moins un groupe de pixels dans lequel les 20 antennes ont des axes de sensibilité maximale orientés différemment. Dans un mode de réalisation préférentiel, chaque groupe de pixels est compris dans une colonne de la matrice, les antennes des pixels de chaque rangée ayant des axes de sensibilité maximale parallèles. Selon un développement, le capteur comprend une matrice de cellules 25 mémoire et un circuit de commande configuré pour stocker dans une rangée de cellules mémoire des signaux représentatifs d'une même scène vue par les pixels du groupe à des instants différents. Selon un autre mode de réalisation, chaque groupe de pixels est formé par un quadruplet de pixels organisés en deux rangés et deux colonnes. 30 On prévoit également un procédé de gestion d'un capteur d'image terahertz. Le procédé comprend les étapes suivantes : définir un groupe de pixels dans lequel les antennes ont des axes de sensibilité maximale orientés différemment ; exposer successivement chaque pixel du groupe à une scène ; et stocker, pour chaque pixel du groupe, un signal associé représentatif de la scène. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, le procédé comprend les étapes suivantes : a) prévoir une matrice de cellules mémoire organisées en rangées et colonnes ; 1 o b) stocker les signaux des pixels du groupe dans des cellules mémoire appartenant à des rangées et colonnes différentes ; c) permuter les rangées de cellules mémoire ; et d) répéter les étapes b) et c) après chaque exposition d'un pixel du groupe à la scène, d'où il résulte que les signaux représentatifs de la 15 scène vue par tous les pixels du groupe sont stockés dans une même rangée de cellules mémoire. Selon un développement, le procédé comprend une étape de calcul de la moyenne des signaux représentatifs de la scène vue par tous les pixels du groupe. 20 Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés à l'aide des dessins annexés, dans lesquels : 25 - la figure 1A, précédemment décrite, représente un capteur d'image THz classique, réalisé en technologie CMOS ; la figure 1B, précédemment décrite, représente une image obtenue par le capteur de la figure 1A ; la figure 2 représente un mode de réalisation préférentiel de capteur d'image THz multidirectionnel ; la figure 3 représente, pour une colonne de pixels, un mode de fonctionnement linéaire du capteur d'image selon la figure 2 ; - la figure 4A représente le flux de photons polarisés d'une scène observée par le capteur d'image de la figure 2 ; la figure 4B représente des images de la scène obtenues par le capteur d'image de la figure 2 en mode linéaire ; la figure 5 représente une variante de réalisation d'un capteur d'image 1 o THz linéaire ; et la figure 6 représente un autre mode de réalisation de capteur d'image THz multidirectionnel. Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention Afin d'améliorer les performances de détection d'un capteur d'image THz, on 15 prévoit un groupe de pixels dans lequel les antennes sont orientées différemment. Chaque antenne du groupe est alors sensible au rayonnement THz dans une direction donnée. Ce capteur multidirectionnel fournit alors des images d'un flux de photons sous différentes orientations ou polarisations. En exploitant une ou plusieurs de ces 20 images, on obtient de précieuses informations sur la scène que l'on observe, comme l'amplitude du flux de photons indépendamment de sa polarisation. La figure 2 représente un mode de réalisation préférentiel de capteur d'image THz multidirectionnel. Le capteur d'image comprend une matrice de pixels Px organisés en rangées et 25 colonnes. Chaque pixel Px comprend une antenne 2 reliée à un dispositif de détection 4. L'antenne 2 capte le rayonnement électromagnétique THz, ayant une fréquence comprise entre 100 GHz et 10 THz. Elle le convertit en un signal électrique, de même fréquence. Ce signal est ensuite transmis au dispositif de détection 4. 2972094 s L'antenne 2 est anisotrope, ce qui veut dire que sa sensibilité de détection varie en fonction de l'angle d'incidence du rayonnement THz. Elle présente un axe de sensibilité maximale. Lorsque le flux de photons est polarisé parallèlement à cet axe, le signal électrique obtenu est maximal. 5 L'antenne 2 est, de préférence, formée d'un dipôle ou d'un discône plan, appelé également antenne « noeud-papillon » (pour « bow-tie antenna » en anglais). Sur la figure 2, l'antenne 2 est un dipôle formé de deux brins métalliques disposés de part et d'autre du dispositif 4. Son axe de sensibilité maximale, noté Sm, est confondu avec les deux brins métalliques. FIG. 1B represents the image of this scene, obtained using the pixel matrix Px. The higher the signal at the output of the pixel Px, the more the corresponding zone of the image is dark. In the upper left corner of the matrix, the photon flux is polarized parallel to the axis of the antenna 2, the detected signal is then maximum (black). Conversely, in the lower right corner, the photon flux is polarized perpendicular to the dipole axis. The pixel produces a minimal signal (white). Thus, it is noted that the contrast of the image is given by the amplitude of the flux of photons in a given polarization. There is therefore a loss 1 o of information in the pixels where the photon flux is not parallel to the axis of the antenna. SUMMARY OF THE INVENTION It can be seen that there is a need to provide a terahertz image sensor capable of collecting more information about the radiation of a scene. This need is met by providing a terahertz image sensor provided with a matrix of photosensitive pixels arranged in rows and columns, each pixel comprising an anisotropic antenna for capturing electromagnetic radiation with a maximum sensitivity axis, and providing in the matrix at least one group of pixels in which the antennas have axes of maximum sensitivity oriented differently. In a preferred embodiment, each group of pixels is included in a column of the matrix, the antennas of the pixels of each row having parallel axes of maximum sensitivity. According to one development, the sensor comprises a matrix of memory cells and a control circuit configured to store in a row of memory cells signals representative of the same scene seen by the pixels of the group at different times. According to another embodiment, each group of pixels is formed by a quadruplet of pixels organized in two rows and two columns. There is also provided a method of managing a terahertz image sensor. The method comprises the following steps: defining a group of pixels in which the antennas have axes of maximum sensitivity oriented differently; successively expose each pixel of the group to a scene; and storing, for each pixel of the group, an associated signal representative of the scene. According to a particular mode of implementation, the method comprises the following steps: a) providing an array of memory cells organized in rows and columns; 1 b) storing the signals of the group pixels in memory cells belonging to different rows and columns; c) to swap the rows of memory cells; and d) repeating steps b) and c) after each exposure of a pixel of the group to the scene, whereby the signals representative of the scene as viewed by all the pixels in the group are stored in the same row. of memory cells. According to a development, the method comprises a step of calculating the average of the signals representative of the scene seen by all the pixels of the group. Other advantages and features will become more clearly apparent from the following description of particular embodiments given as non-limiting examples and illustrated with the aid of the accompanying drawings, in which: FIG. 1A, previously described, represents a conventional THz image sensor, made in CMOS technology; FIG. 1B, previously described, represents an image obtained by the sensor of FIG. 1A; FIG. 2 represents a preferred embodiment of multidirectional THz image sensor; FIG. 3 represents, for a column of pixels, a linear operating mode of the image sensor according to FIG. 2; FIG. 4A represents the flux of polarized photons of a scene observed by the image sensor of FIG. 2; FIG. 4B represents images of the scene obtained by the image sensor of FIG. 2 in linear mode; FIG. 5 represents an alternative embodiment of a linear image sensor 1 o THz; and Figure 6 shows another embodiment of multidirectional THz image sensor. DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION In order to improve the detection performance of an image sensor THz, a group of pixels is provided in which the antennas are oriented differently. Each antenna of the group is then sensitive to THz radiation in a given direction. This multidirectional sensor then provides images of a stream of photons under different orientations or polarizations. By exploiting one or more of these images, valuable information is obtained on the scene that is observed, such as the amplitude of the photon flux regardless of its polarization. Figure 2 shows a preferred embodiment of multidirectional THz image sensor. The image sensor comprises an array of pixels Px organized in rows and columns. Each pixel Px comprises an antenna 2 connected to a detection device 4. The antenna 2 captures the electromagnetic radiation THz, having a frequency between 100 GHz and 10 THz. It converts it into an electrical signal of the same frequency. This signal is then transmitted to the detection device 4. 2972094 s The antenna 2 is anisotropic, which means that its detection sensitivity varies as a function of the angle of incidence of the THz radiation. It has an axis of maximum sensitivity. When the photon flux is polarized parallel to this axis, the electric signal obtained is maximum. The antenna 2 is preferably formed of a dipole or a flat disc, also called "bow-tie antenna" antenna (for "bow-tie antenna" in English). In Figure 2, the antenna 2 is a dipole formed of two metal strands disposed on either side of the device 4. Its axis of maximum sensitivity, noted Sm, coincides with the two metal strands.
Le dispositif de détection 4, de type classique, mesure le signal électrique généré par l'antenne 2. II comprend, par exemple, un bolomètre ou un transistor MOS. Un amplificateur peut également faire partie du dispositif 4. La matrice comprend au moins un groupe de pixels Px dans lequel les antennes ont des axes Sm orientés de différentes façons. Dans ce mode de réalisation préférentiel, un tel groupe est constitué par une colonne C de la matrice de pixels. Ainsi, la matrice comprend autant de groupes que de colonnes. Dans chaque rangée de pixels, les antennes ont des axes de sensibilité maximale Sm parallèles. De préférence, le groupe C comporte quatre pixels Px : un premier pixel ayant un axe de sensibilité maximale Sm horizontal (référence h), un deuxième pixel ayant un axe Sm tourné à 45 ° vers la gauche (g) (par rapport à la verticale), un troisième pixel ayant un axe Sm vertical (v) et enfin, un quatrième pixel ayant un axe Sm tourné à 45 ° vers la droite (d). Avantageusement, le capteur d'image a la forme d'une barrette, avec un 25 nombre N de rangées largement inférieur au nombre M de colonnes (N«M). Le capteur d'image comporte, par exemple, 100 colonnes pour 4 rangées. Le capteur d'image de la figure 2 est destiné à saisir une image par balayage. Les rangées de la matrice de pixels sont disposées perpendiculairement au déplacement d'un objet ou d'une scène dont on veut saisir l'image. Le 30 déplacement de la scène est relatif au capteur, c'est-à-dire que la scène peut également être fixe et le capteur mobile (dans une direction perpendiculaire à ses rangées). The detection device 4, of conventional type, measures the electrical signal generated by the antenna 2. It comprises, for example, a bolometer or a MOS transistor. An amplifier may also be part of the device 4. The matrix comprises at least one pixel group Px in which the antennas have Sm axes oriented in different ways. In this preferred embodiment, such a group is constituted by a column C of the pixel matrix. Thus, the matrix includes as many groups as columns. In each row of pixels, the antennas have axes of maximum sensitivity Sm parallel. Preferably, the group C comprises four pixels Px: a first pixel having a maximum sensitivity axis Sm horizontal (reference h), a second pixel having an axis Sm turned at 45 ° to the left (g) (relative to the vertical ), a third pixel having a vertical axis Sm (v) and finally a fourth pixel having an axis Sm rotated 45 ° to the right (d). Advantageously, the image sensor has the shape of a bar, with a number N of rows much smaller than the number M of columns (N "M). The image sensor comprises, for example, 100 columns for 4 rows. The image sensor of Figure 2 is intended to capture a scan image. The rows of the pixel array are arranged perpendicular to the movement of an object or scene whose image is to be captured. The displacement of the scene is relative to the sensor, i.e., the scene may also be fixed and the sensor movable (in a direction perpendicular to its rows).
Dans le principe, le capteur prend des vues en synchronisme avec le défilement de la scène, à une cadence correspondant au temps que met une rangée de pixels à balayer une tranche ou ligne d'image. Ce temps est appelé « temps ligne ». Ainsi, au bout de N temps ligne, la même tranche d'image aura été saisie par chacune des N rangées de la matrice de pixels. Ce mode de fonctionnement linéaire est décrit en détail ci-après, en relation avec une colonne C de pixels. Ce fonctionnement est néanmoins valable pour toutes les colonnes de la matrice. La figure 3 représente cinq positions consécutives du groupe C de pixels, par 1 o rapport à une scène 6. Entre chaque position, le groupe C s'est déplacé d'un pas de pixels. Un temps ligne TL sépare deux positions successives. La scène 6 est réduite à une tranche à titre d'illustration seulement. Elle est repérée par des traits pointillés. Le groupe C de pixels est associé à une matrice 8 de cellules mémoire. La 15 matrice 8 comprend autant de rangées et colonnes qu'il y a de pixels dans le groupe C, soit 4 rangées et 4 colonnes sur la figure 3 (certaines cellules mémoire sont toutefois inutilisées dans l'exemple ci-après, les six cellules situées au dessus de la diagonale de la matrice 8). Un circuit de commande (non représenté) est configuré pour lire le signal en sortie de chaque pixel Px et 20 le stocker dans une cellule mémoire de la matrice 8. Avantageusement, le circuit de commande attribue une colonne et une rangée de la matrice 8 à chaque pixel du groupe C. Les valeurs des pixels sont ainsi stockées dans des cellules mémoire appartenant à des rangées et colonnes différentes. De préférence, la rangée et la colonne de la cellule mémoire 25 associée à chaque pixel ont un rang (dans la matrice 8) correspondant à la position du pixel dans le groupe C. Cette position est définie par l'ordre des pixels défilant devant la scène 6 : le pixel h en premier, le pixel g en deuxième, le pixel v en troisième et le pixel d en quatrième. A l'instant to, les pixels du groupe C ne sont pas encore exposés à la scène 6. 30 Le groupe saisit les images des scènes précédentes. Les valeurs correspondantes des pixels sont enregistrées dans la matrice 8 de cellules mémoire, comme indiqué ci-dessus. Le pixel h voit sa valeur à l'instant to, notée ho, stockée dans la cellule mémoire de la première rangée et la première colonne, celle du pixel g (go) dans la cellule mémoire de la deuxième rangée et la deuxième colonne... En d'autres termes, les valeurs des pixels à l'instant to {ho, go, vo, do} sont rangées dans une diagonale de la matrice 8. Les valeurs stockées dans la dernière rangée de la matrice 8 sont ensuite lues pour être traitées à l'extérieur du capteur. Enfin, les rangées de la matrice 8 sont permutées de façon circulaire. Pour le temps ligne suivant, le pixel de la première rangée se retrouve dans la deuxième rangée, les deux pixels de la deuxième rangée se retrouvent dans la troisième et les trois pixels de la troisième rangée se retrouve dans la quatrième. En d'autres termes, les rangées de la matrice 8 sont décalées d'un cran vers le bas, en écrasant les valeurs de la dernière rangée qui vient d'être lue. Un temps ligne TL plus tard (instant fi), le groupe C de pixels s'est déplacé d'un pas de pixel. Le pixel h, ayant un axe Sm horizontal, est exposé à la scène 6. Les pixels du groupe C sont lus simultanément puis les valeurs des pixels à l'instant tl {hl, gi, vl, di} sont stockées comme précédemment, dans les cellules mémoire en diagonale de la matrice 8. A nouveau, la dernière rangée de la matrice 8 est extraite du capteur avant d'effectuer une nouvelle rotation de la matrice 8 (nouveau décalage). On procède ainsi à chaque temps ligne jusqu'à ce que la scène 6 soit vue par les quatre pixels de la colonne. Au bout de quatre temps lignes TL (instant t4), la dernière rangée de la matrice 8 contient les valeurs représentatives de la scène 6 vue par les quatre pixels du groupe C, à des instants différents : {hl, g2, v3, d4}. Chaque colonne C de la matrice de pixels balaye la scène 6 de la manière décrite ci-dessus. Chaque colonne dispose d'une matrice 8 de cellules mémoire pour enregistrer les signaux en sortie de pixel. Les M matrices mémoire peuvent d'ailleurs former un unique bloc mémoire. Une scène normale est en fait composée d'une succession de lignes ou tranches. A chaque instant dans le capteur d'image de la figure 2, quatre tranches successives de la scène sont en cours d'acquisition. A chaque temps ligne, la dernière rangée de la mémoire 8 sort l'image de l'une de ces tranches, sous quatre polarisations distinctes. In principle, the sensor takes pictures in synchronism with the scrolling of the scene, at a rate corresponding to the time it takes for a row of pixels to scan a slice or image line. This time is called "time line". Thus, after N line time, the same image slice has been entered by each of the N rows of the pixel array. This linear mode of operation is described in detail below, in relation to a column C of pixels. This operation is nevertheless valid for all the columns of the matrix. FIG. 3 represents five consecutive positions of the group C of pixels, with respect to a scene 6. Between each position, the group C has moved by one pixel pitch. A TL line time separates two successive positions. Scene 6 is reduced to one slice for illustration purposes only. It is marked by dotted lines. The group C of pixels is associated with a matrix 8 of memory cells. The matrix 8 comprises as many rows and columns as there are pixels in the group C, ie 4 rows and 4 columns in FIG. 3 (some memory cells are however unused in the example below, the six cells located above the diagonal of the matrix 8). A control circuit (not shown) is configured to read the output signal of each pixel Px and store it in a memory cell of the array 8. Advantageously, the control circuit assigns a column and a row of the array 8 to each pixel of group C. The values of the pixels are thus stored in memory cells belonging to different rows and columns. Preferably, the row and the column of the memory cell 25 associated with each pixel have a rank (in the matrix 8) corresponding to the position of the pixel in the group C. This position is defined by the order of the pixels passing in front of the pixel. scene 6: pixel h first, pixel g second, pixel v third and pixel d fourth. At instant to, the pixels of the group C are not yet exposed to the scene 6. The group captures the images of the previous scenes. The corresponding values of the pixels are recorded in the matrix 8 of memory cells, as indicated above. The pixel h sees its value at the instant to, denoted ho, stored in the memory cell of the first row and the first column, that of the pixel g (go) in the memory cell of the second row and the second column. In other words, the values of the pixels at time to {ho, go, vo, do} are arranged in a diagonal of the matrix 8. The values stored in the last row of the matrix 8 are then read for be processed outside the sensor. Finally, the rows of the matrix 8 are permuted in a circular manner. For the next line time, the pixel of the first row is found in the second row, the two pixels of the second row are found in the third and the three pixels of the third row is found in the fourth row. In other words, the rows of the matrix 8 are shifted one step down, overwriting the values of the last row that has just been read. A TL line time later (instant fi), the group C of pixels moved a pixel pitch. The pixel h, having a horizontal axis Sm, is exposed to the scene 6. The pixels of the group C are read simultaneously and the values of the pixels at time t1 {h1, g1, v1, di} are stored as before, in the diagonal memory cells of the matrix 8. Again, the last row of the matrix 8 is extracted from the sensor before performing a new rotation of the matrix 8 (new offset). This is done at each line time until the scene 6 is seen by the four pixels of the column. At the end of four lines TL (instant t4), the last row of the matrix 8 contains the representative values of the scene 6 seen by the four pixels of the group C, at different times: {hl, g2, v3, d4} . Each column C of the pixel array scans scene 6 as described above. Each column has a matrix 8 of memory cells for recording the pixel output signals. The memory M M can also form a single memory block. A normal scene is actually composed of a succession of lines or slices. At each moment in the image sensor of Figure 2, four successive slices of the scene are being acquired. At each line time, the last row of the memory 8 outputs the image of one of these slices, under four distinct polarizations.
La figure 4A est un exemple de scène 6 composée de plusieurs tranches et à l'échelle de la matrice de pixels Px (matrice simplifiée 4x4). Le flux de photons de cette scène est représenté, comme sur la figure 1, par des flèches en traits pointillés. Chaque flèche indique localement la direction et l'amplitude du champ électrique qui polarise le flux de photons. A titre d'illustration, l'amplitude du champ électrique est ici constante. Seule l'orientation du champ électrique varie. Le mouvement du capteur d'image, relatif à la scène, est indiqué par les flèches en trait plein. La figure 4B regroupe les images obtenues avec le capteur d'image 1 o multidirectionnel. Les images 10a, 10b, 10c et 10d sont les images de la scène vue respectivement par les rangées h, g, v, et d de la matrice de pixels Px. Plus le signal en sortie de pixel Px est important, plus la zone correspondante de l'image est sombre. Une zone noire représente ainsi un signal maximal tandis qu'une zone blanche correspond à un signal minimal. 15 Chaque image correspond à une prise de vue dans une polarisation donnée. L'image 10a est une vue du flux de photons polarisé suivant un axe Sm horizontal (rangée h) alors que l'image 10c est une vue selon un axe Sm vertical (rangée v). Ces deux images présentent des contrastes opposés puisque le passage d'une sensibilité maximale à une sensibilité minimale (et inversement) 20 correspond à une rotation de l'axe Sm d'un angle de 90 °. De la même manière, les images 10b et 10d sont des vues selon des polarisations « opposées » et inclinées à 45 ° par rapport à celles des images 10a et 10c. Cette opposition des contrastes est toutefois spécifique à l'exemple de flux de la figure 4A, où l'amplitude du champ électrique est constante. 25 Le capteur d'image de la figure 2, en mode linéaire, permet donc d'obtenir quatre représentations d'une même scène, alors que le capteur de l'art antérieur n'en donne qu'une seule. II fournit donc davantage d'informations sur le flux de photons. Les différentes images peuvent être combinées, par exemple en moyennant les 30 quatre valeurs de chaque pixel image, c'est-à-dire les quatre valeurs représentatives d'une même scène vue sous des angles différents. On obtient alors l'amplitude du flux de photons indépendamment de sa polarisation. FIG. 4A is an example of a scene 6 composed of several slices and at the scale of the pixel matrix Px (simplified matrix 4x4). The photon flux of this scene is represented, as in Figure 1, by arrows in dashed lines. Each arrow indicates locally the direction and the amplitude of the electric field which polarizes the flow of photons. By way of illustration, the amplitude of the electric field is here constant. Only the orientation of the electric field varies. The movement of the image sensor, relative to the scene, is indicated by the arrows in solid lines. FIG. 4B groups the images obtained with the multidirectional image sensor. The images 10a, 10b, 10c and 10d are the images of the scene respectively viewed by the rows h, g, v, and d of the pixel matrix Px. The higher the pixel output signal Px, the more the corresponding area of the image is dark. A black zone thus represents a maximum signal while a white zone corresponds to a minimum signal. Each image corresponds to a shot in a given polarization. The image 10a is a view of the photon flux polarized along a horizontal axis Sm (row h) while the image 10c is a view along a vertical axis Sm (row v). These two images have contrasting contrasts since the transition from maximum sensitivity to minimum sensitivity (and vice versa) corresponds to rotation of the axis Sm by an angle of 90 °. In the same way, the images 10b and 10d are views according to "opposite" polarizations and inclined at 45 ° with respect to those of the images 10a and 10c. This contrast contrast is however specific to the flow example of FIG. 4A, where the amplitude of the electric field is constant. The image sensor of FIG. 2, in linear mode, thus makes it possible to obtain four representations of the same scene, whereas the sensor of the prior art gives only one. It therefore provides more information on the flow of photons. The different images may be combined, for example by averaging the four values of each image pixel, i.e. the four representative values of the same scene viewed from different angles. The amplitude of the photon flux is then obtained independently of its polarization.
Cette moyenne est donnée par l'image 10e de la figure 4B dans l'exemple de la figure 4A. On observe une image uniforme, ce qui correspond à l'amplitude constante du champ électrique. Ces différentes images peuvent aussi être exploitées individuellement. Par exemple, il peut être utile de connaître l'image du flux selon la polarisation de la source. On choisira alors l'image saisie par la rangée de pixels ayant une polarisation identique à celle de la source. Alternativement, ces images peuvent être comparées afin de sélectionner celle qui donne le plus fort contraste dans une zone d'intérêt. On peut ainsi faire apparaître des éléments d'une scène qui seraient invisibles sur l'image d'un capteur THz classique. Dans une variante de réalisation (non représentée) du capteur d'image linéaire, chaque colonne de la matrice de pixels Px comprend plusieurs groupes C de pixels. Les signaux de ces différents groupes, relatifs à une même tranche d'image, sont sommés entre eux, afin d'augmenter le rapport signal sur bruit. Cette opération peut être réalisée par le biais des matrices mémoire, en remplaçant le contenu d'une cellule mémoire par la somme du signal précédemment stocké et du signal lu. La figure 5 représente une autre variante de réalisation de capteur d'image THz 20 linéaire. Comme précédemment, le capteur balaye une scène dont on veut saisir l'image, dans une direction perpendiculaire à ses rangées. Le groupe C est formé d'un quadruplet de pixels organisés en deux rangées et deux colonnes, au lieu d'une seule colonne sur la figure 2. Ce groupe est, de préférence, dupliqué plusieurs fois dans le sens des rangées pour former une 25 barrette, par exemple 100 fois (barrette 2 rangées x 200 colonnes). Contrairement au mode de fonctionnement de la figure 3, les pixels du groupe C sont exposés simultanément à la scène. Les signaux en sortie de pixel sont lus et stockés dans une matrice de cellules mémoire simultanément. Ces signaux, représentatifs d'une même scène sous des polarisations différentes, 30 sont stockées, de préférence, dans une même rangée de cellules mémoire. Ce fonctionnement est valable pour tous les groupes de la barrette. On obtient ainsi, à chaque temps ligne, les images d'une tranche sous quatre polarisations Il distinctes. Un temps ligne est ici égal au temps que met le groupe de pixel pour balayer une tranche d'image, soit deux fois le pas de pixel divisé par la vitesse de déplacement du capteur par rapport à la scène. Par rapport au capteur de la figure 2, cette variante de réalisation est plus simple à mettre en oeuvre, notamment au niveau de la gestion des mémoires. Ce capteur d'image est également plus rapide, car le nombre de prises de vue pour une même tranche d'image est réduit à 1. En contrepartie, chaque image a une résolution quatre fois inférieure aux images obtenues par le capteur de la figure 2. En effet, un pixel `image' correspond à quatre pixels du capteur. This average is given by the image 10e of FIG. 4B in the example of FIG. 4A. A uniform image is observed, which corresponds to the constant amplitude of the electric field. These different images can also be used individually. For example, it may be useful to know the image of the flux according to the polarization of the source. We will then choose the image captured by the row of pixels having a polarization identical to that of the source. Alternatively, these images can be compared to select the one that gives the highest contrast in an area of interest. It is thus possible to reveal elements of a scene that would be invisible on the image of a conventional THz sensor. In an alternative embodiment (not shown) of the linear image sensor, each column of the pixel matrix Px comprises several groups C of pixels. The signals of these different groups, relating to the same slice of image, are summed between them, in order to increase the signal-to-noise ratio. This operation can be performed by means of the memory matrices, by replacing the contents of a memory cell by the sum of the previously stored signal and the read signal. FIG. 5 represents another variant embodiment of a linear THz 20 image sensor. As before, the sensor scans a scene that we want to capture the image, in a direction perpendicular to its rows. Group C is formed of a quadruplet of pixels organized in two rows and two columns, instead of a single column in FIG. 2. This group is preferably duplicated several times in the row direction to form a row. bar, for example 100 times (bar 2 rows x 200 columns). Contrary to the operating mode of FIG. 3, the pixels of group C are simultaneously exposed to the scene. The pixel output signals are read and stored in a memory cell array simultaneously. These signals, representative of the same scene under different polarizations, are stored, preferably, in the same row of memory cells. This operation is valid for all groups of the bar. Thus, at each line time, the images of a slice are obtained under four distinct polarizations II. A line time is here equal to the time that the pixel group takes to scan a slice of image, twice the pixel pitch divided by the speed of movement of the sensor relative to the scene. With respect to the sensor of FIG. 2, this variant embodiment is simpler to implement, in particular at the level of memory management. This image sensor is also faster because the number of shots for the same image slice is reduced to 1. In return, each image has a resolution four times lower than the images obtained by the sensor of Figure 2 Indeed, a pixel 'image' corresponds to four pixels of the sensor.
La figure 6 représente un autre mode de réalisation de capteur multidirectionnel, dont l'utilisation ne nécessite pas de déplacement entre le capteur et la scène. Le capteur d'image comprend au moins un groupe C de pixels avec des antennes orientées différemment. Ce groupe comprend, de préférence, quatre pixels arrangés en carré, soit deux rangées et deux colonnes. Avantageusement, le groupe C est dupliqué à plusieurs reprises dans la direction des rangées et dans la direction des colonnes, pour former un plan matriciel. L'acquisition des images peut être réalisée de façon classique, en lisant les pixels l'un après l'autre. Alternativement, la lecture de la matrice peut être réalisée en mode « rolling shutter », en lisant simultanément les signaux des pixels d'une rangée (respectivement d'une colonne), puis en adressant successivement les rangées de la matrice (respectivement les colonnes de la matrice). Figure 6 shows another embodiment of multidirectional sensor, the use of which does not require movement between the sensor and the scene. The image sensor comprises at least one group C of pixels with differently oriented antennas. This group preferably comprises four pixels arranged in a square, ie two rows and two columns. Advantageously, the group C is duplicated several times in the row direction and in the direction of the columns, to form a matrix plane. The acquisition of the images can be performed in a conventional manner, by reading the pixels one after the other. Alternatively, the reading of the matrix can be performed in "rolling shutter" mode, by simultaneously reading the signals of the pixels of a row (respectively of a column), then by successively addressing the rows of the matrix (respectively the columns of the matrix).
En lisant tous les pixels de la matrice, d'une manière ou d'une autre, on peut reconstituer la scène vue par chaque type de pixel, c'est-à-dire chaque orientation d'antenne. La résolution de ces images est également divisée par 4 par rapport à celles de la figure 4B. Néanmoins, ce capteur est particulièrement simple à mettre en oeuvre car il ne nécessite pas de matrice mémoire pour le stockage temporaire des signaux en sortie de pixel. De nombreuses variantes et modifications du capteur d'image multidirectionnel apparaîtront à l'homme du métier. En particulier, le nombre de pixels dans un groupe n'est pas limité à 4 et les orientations des antennes dans ce groupe peuvent être quelconques. II apparaîtra également à l'homme du métier d'autres configurations de la matrice mémoire et du circuit de commande associé. Les signaux des pixels d'un groupe, à un instant donné, peuvent être stockés dans une rangée (Fig.5), voire une colonne, plutôt qu'une diagonale de la matrice mémoire. Lorsque les signaux sont rangés en diagonale de la matrice mémoire, l'ordre de rangement peut ne pas être identique à celui des pixels dans un groupe. II suffira de permuter les rangées de la matrice mémoire autrement, pour conserver dans une rangée de cellules mémoire les signaux représentatifs d'une même scène vue sous des polarisations différentes. Cette rangée peut, le cas échéant, ne pas être la dernière de la matrice mémoire comme cela a été décrit. By reading all the pixels of the matrix, one way or another, we can reconstruct the scene seen by each type of pixel, that is to say each antenna orientation. The resolution of these images is also divided by 4 compared to those of Figure 4B. Nevertheless, this sensor is particularly simple to implement because it does not require a memory array for the temporary storage of the pixel output signals. Many variants and modifications of the multidirectional image sensor will be apparent to those skilled in the art. In particular, the number of pixels in a group is not limited to 4 and the orientations of the antennas in this group may be arbitrary. It will also be apparent to those skilled in the art other configurations of the memory array and the associated control circuit. The signals of the pixels of a group, at a given moment, can be stored in a row (FIG. 5), or even a column, rather than a diagonal of the memory matrix. When the signals are diagonally arranged in the memory array, the storage order may not be identical to that of the pixels in a group. It will suffice to switch the rows of the memory array otherwise, to keep in a row of memory cells representative signals of the same scene viewed under different polarizations. This row may, if necessary, not be the last of the memory array as has been described.