FR2976121A1 - Dispositif d'imagerie matriciel comprenant au moins un ensemble de photosites a multiples temps d'integration. - Google Patents

Abstract

Procédé de commande d'un pixel (Pix) comprenant au moins un premier et un second photosites (P1, P3) comportant chacun une photodiode (PPD1, PPD3) et un transistor de transfert de charges TG1, TG3), un nœud de lecture (SN) et une électronique de lecture communs à tous les photosites. Le procédé comprend une accumulation de charges photogénérées dans la photodiode (PPD1) du premier photosite (P1) pendant une première période, une accumulation de charges photogénérées dans la photodiode (PPD3) du second photosite (P3) pendant une seconde période plus courte que la première période, une sélection du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite ayant l'intensité non saturée la plus élevée ou bien une transmission d'un signal de saturation, et une numérisation du signal sélectionné.

Description

B11-0867FR 1 Dispositif d'imagerie matriciel comprenant au moins un ensemble de photosites à multiples temps d'intégration. 5

L'invention concerne les dispositifs d'imagerie à réseau matriciel de photosites, et plus particulièrement à multiple photosensibilité lumineuse. 10 Un dispositif d'imagerie, ou capteur, est un composant électronique photosensible servant à convertir un rayonnement électromagnétique en un signal électrique analogique. Ce signal est ensuite amplifié puis numérisé par un convertisseur analogique-numérique et enfin traité pour obtenir une image numérique. 15 Le dispositif d'imagerie met à profit l'effet photoélectrique. Un dispositif d'imagerie comprend généralement des photosites agencés en matrice, chaque photosite correspondant à un pixel d'une image. Un photosite comprend au moins une zone photosensible, 20 notamment une photodiode, et une zone de lecture des charges accumulées dans la photodiode. Les photons captés par une photodiode d'un photosite sont convertis en paires électrons/trous. Les charges d'un premier type, par exemple les trous, créées dans les zones photosensibles sont drainées en profondeur vers le substrat (p+), les 25 charges d'un second type, par exemple les électrons, sont stockées dans le photosite avant d'être lues grâce à un système électronique. Généralement, ce système électronique, qui commande la photodiode, comporte, notamment lorsque la photodiode est une photodiode totalement appauvrie («fully depleted» en langue anglaise), 30 un transistor de transfert autorisant le transfert des charges stockées dans la photodiode vers une zone de lecture de charges. Cette zone de lecture de charge forme un noeud de mesure (« Sensing Node » en langue anglaise) au niveau duquel est connecté une électronique de lecture classique comportant notamment un transistor de lecture.

Une photodiode fonctionne selon un cycle comprenant au moins une étape d'intégration, une étape de mesure, et une étape de réinitialisation. L'étape d'intégration correspond à la photogénération de charges et leur accumulation lors de l'exposition de la photodiode à la lumière. L'étape de mesure correspond à la génération d'un signal dépendant de la quantité de charges photogénérées accumulées dans la photodiode. L'étape de réinitialisation correspond à l'élimination des charges photogénérées. L'intensité lumineuse reçue par un photosite correspond au nombre de photons reçus. L'intensité lumineuse est directement proportionnelle au nombre de photons pouvant réagir avec la zone photosensible, soit la photodiode. Plus l'intensité lumineuse est faible plus le nombre de photons incidents est réduit. Pour obtenir un signal significatif, c'est-à-dire qui se distingue du bruit électronique, il faut recevoir un nombre de photons suffisants. Pour une mesure réalisée à partir d'un rayonnement lumineux de faible intensité, le temps d'exposition est plus long que pour obtenir une mesure équivalente à partir d'un rayonnement lumineux de plus forte intensité.

Une solution pour réaliser une mesure sous faible intensité lumineuse avec un dispositif d'imagerie à réseau matriciel de photosites, consiste à réaliser la mesure à la suite d'un temps d'intégration relativement long. Cependant, cela suggère de connaître l'intensité lumineuse du rayonnement incident à l'avance. En effet, dans le cas où le rayonnement incident a une intensité relativement forte, les photosites du dispositif d'imagerie seront saturés de charges à l'issue du temps d'intégration. I1 est également connu d'utiliser un dispositif d'imagerie dont plusieurs photosites sont couplés ensemble pour augmenter la surface sensible au rayonnement incident de faible intensité. Cependant, un tel dispositif augmente la taille des pixels et réduit la définition. Selon un mode de réalisation, il est proposé un dispositif d'imagerie comprenant des pixels comportant des photosites de sensibilité lumineuse différentes pour mesurer un signal non saturé sur une grande plage d'intensité lumineuse. Selon un aspect, il est proposé un procédé de commande d'un pixel comprenant au moins un premier et un second photosites comportant chacun une photodiode et un transistor de transfert, un noeud de lecture et une électronique de lecture communs à tous les photosites du pixel. Selon une caractéristique générale, le procédé comprend une accumulation de charges photogénérées dans la photodiode du premier photosite pendant une première période, une accumulation des charges photogénérées dans la photodiode du second photosite pendant une seconde période plus courte que la première période, une sélection du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite ayant l'intensité non saturée la plus élevée ou bien d'un signal de saturation, et un post traitement du signal sélectionné. En accumulant les charges photogénérées dans deux photodiodes distinctes pendant deux temps d'intégration distincts, et en sélectionnant le signal d'intensité la plus élevée non saturée, le pixel comprenant lesdits deux photodiodes est sensible à des rayonnements d'intensité relativement forte et des rayonnements d'intensité relativement forte. En effet, dans le cas où le rayonnement incident possède une intensité relativement forte, à l'issue du temps d'intégration, la photodiode du premier photosite est saturée de charges photogénérées et délivre un signal saturé. La photodiode du second photosite sera susceptible de délivrer en revanche un signal non saturé qui sera alors sélectionné par le pixel. Dans le cas contraire, c'est-à-dire pour un rayonnement incident d'intensité relativement faible, aucune des photodiodes des deux photosites ne sera saturée. Le signal sélectionné sera alors le signal d'intensité la plus élevée. Si, dans un cas extrême, le rayonnement incident possède une intensité si élevée que les photodiodes des deux photosites sont saturées à l'issue de leur temps d'intégration respectif, le signal délivré sera un signal de saturation correspondant à un signal d'intensité fixée à l'avance. Le post traitement du signal sélectionné comprend une numérisation du signal sélectionné et une multiplication du signal numérisé à un gain de normalisation pour l'exploitation de ce signal. Le gain de normalisation correspond à un gain permettant de normaliser le signal sélectionné en fonction du temps d'intégration et de la surface photosensible utilisée pour l'intégration. En variante, le post traitement peut également comprendre une multiplication du signal sélectionné à un gain de normalisation puis une numérisation. De préférence, l'électronique de lecture commune à tous les photosites d'un pixel comprend un transistor de réinitialisation, un transistor de lecture, et un transistor suiveur. Avantageusement, le pixel peut comprendre au moins un photosite supplémentaire comportant une photodiode et un transistor de transfert de charges, et on peut commander simultanément et de façon identique les grilles des transistors de transfert de charges du photosite supplémentaire et du premier photosite. En couplant ainsi un photosite supplémentaire au premier photosite, c'est-à-dire au photosite dédié aux rayonnements incidents de faible intensité, on augmente la surface photosensible, et ainsi la sensibilité du dispositif d'imagerie aux rayonnements de faible intensité. On réinitialise le noeud de lecture avant la première des mesures de signal correspondant à la quantité de charges accumulées. Pour réinitialiser le noeud de lecture, la grille du transistor de réinitialisation est rendue passante, c'est-à-dire qu'elle est mise à un potentiel ne constituant pas une barrière de potentiel avec le noeud de lecture, alors que les transistors de transfert sont maintenus bloqués.

Cette réinitialisation du noeud de lecture permet de s'affranchir de toute charge résiduelle éventuellement existante sur le noeud de lecture. En effet, le noeud de lecture comprend des caissons d'un type de premier type de conductivité n+ disposés dans un substrat d'un type de conductivité opposé comme p+. Le noeud de lecture forme ainsi des jonctions semi-conductrices PN qui restent sensibles à la lumière malgré le fait qu'elles soient siliciurées, et qui peuvent donc intégrer de la lumière. De plus, les jonctions semi-conductrices composant le noeud de lecture peuvent également capter des charges issues des photodiodes voisines (phénomène dénommé « crosstalk » en langue anglaise).On réinitialise de préférence chaque photodiode au début de sa période d'accumulation de charges. On réinitialise chaque photodiode au début de sa période d'accumulation de charges en imposant à la grille du transistor de transfert de charges un potentiel passant et en imposant un potentiel passant à la grille du transistor de réinitialisation. Ainsi, toute charge résiduelle qui pourrait exister dans la photodiode avant le début de la période d'accumulation est évacuée. Dans un premier mode de mise en oeuvre, la sélection dudit signal comprend une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans le second photosite, une comparaison dudit signal associé au second photosite avec un seuil de saturation, la sélection du signal de saturation si ledit signal associé au second photosite est supérieur au seuil de saturation, sinon la sélection comprend en outre une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode du premier photosite, une comparaison dudit signal associé au premier photosite avec le seuil de saturation, une sélection dudit signal associé au second photosite si ledit signal associé au premier photosite est supérieur au seuil de saturation, sinon une sélection du signal associé au premier photosite. Dans un mode de mise en oeuvre alternatif au premier mode de mise en oeuvre, la sélection dudit signal comprend une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans le second photosite, une comparaison dudit signal associé au second photosite avec un seuil d'intensité minimale, une sélection dudit signal associé au second photosite si le signal associé au second photosite est supérieur au seuil d'intensité minimale, sinon elle comprend en outre une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans le premier photosite, une comparaison dudit signal associé au premier photosite au seuil d'intensité minimale, une sélection dudit signal associé au premier photosite si ledit signal associé au premier photosite est supérieur au seuil d'intensité minimale, sinon la sélection du signal de saturation.

Dans un second mode de mise en oeuvre, la sélection du signal comprend une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans le premier photosite, une comparaison dudit signal associé au premier photosite avec un seuil de saturation, une sélection du signal associé au premier photosite si ledit signal associé au premier photosite est inférieur au seuil de saturation, sinon elle comprend en outre une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans le second photosite, une comparaison dudit signal associé au second photosite avec seuil de saturation, une sélection dudit signal associé au second photosite si ledit signal associé au second photosite est inférieur au seuil de saturation, sinon elle comprend la transmission du signal de saturation. De préférence, une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite comprend successivement une mesure du signal de référence du noeud de lecture, un transfert des charges accumulées dans la photodiode du photosite vers le noeud de lecture, une mesure du signal du noeud de lecture, et une détermination d'une soustraction dudit signal mesuré audit signal de référence. Ainsi, la mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite est ainsi affranchie de toute variation du signal de référence du noeud de lecture. De préférence, on réinitialise le noeud de lecture avant chaque mesure de signal associé à un photosite.

Dans le second mode de mise en oeuvre, la réinitialisation du noeud de lecture avant chaque mesure de signal associé à un photosite permet d'éliminer les charges de la photodiode saturée pour le temps d'intégration plus long précédent qui perturberait la mesure du signal associé au photosite suivant. En effet, si la photodiode du premier photosite était saturée, alors le signal délivré est saturé, et pourrait donner une mesure erronée s'il était ajouté au signal délivré par la photodiode du second photosite. En revanche, dans le premier mode de mise en oeuvre, il n'est pas nécessaire de réinitialiser le noeud de lecture avant chaque mesure de signal relatif associé à un photosite, étant donné que le signal précédent une nouvelle mesure de signal relatif associé à un photosite n'est pas saturé. Le procédé peut avantageusement comprendre une accumulation pendant une troisième période plus courte que la seconde période des charges photogénérées dans la photodiode d'un troisième photosite comportant en outre un transistor de transfert de charges, la sélection dudit signal étant réalisée à partir du signal associé au premier photosite, du signal associé au second photosite et du signal associé au troisième photosite. En rajoutant ainsi un troisième temps d'intégration associé à un troisième photosite, on affine la plage de sensibilité lumineuse du dispositif d'imagerie. I1 est également possible de rajouter une pluralité de temps d'intégration supplémentaire associé à une pluralité de photosites supplémentaires. Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif d'imagerie formé dans un substrat semi-conducteur selon un mode de réalisation. Selon une caractéristique générale, il comprend un réseau matriciel formé d'au moins un pixel comprenant au moins un premier et un second photosites comportant chacun une photodiode et un transistor de transfert de charges, un noeud de lecture et une électronique de commande de lecture communs à tous les photosites du pixel, des premiers moyens de commande apte à commander une accumulation de charges photogénérées dans la photodiode du premier photosite pendant une première période et une accumulation de charges photogénérées dans la photodiode du second photosite pendant une seconde période plus courte que la première période, des moyens de sélection aptes à sélectionner le signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite ayant l'intensité non saturée la plus élevée ou un signal de saturation, et des moyens de post traitement du signal sélectionné. Avantageusement, les pixels comprennent au moins un photosite supplémentaire comportant une photodiode et un transistor de transfert de charges, les grilles des transistors de transfert de charges du photosite supplémentaire et du premier photosite étant commandées simultanément et de façon identique. De préférence, le dispositif comprend des seconds moyens de commande aptes à commander l'électronique de lecture commune aux photosites d'un pixel pour réinitialiser le noeud de lecture avant la première des mesures de signal correspondant à la quantité de charges accumulées. I1 comprend également un couplage des premiers moyens de commande avec les seconds moyens de commande de manière à commander une réinitialisation de chaque photodiode au début de sa période d'accumulation de charges. Les moyens de sélection comprennent de préférence des moyens de comparaison aptes à comparer un signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite à un seuil de saturation. Les moyens de sélection peuvent comprendre également des moyens de mémorisation aptes à mémoriser un signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite.

Les moyens de sélection comprennent un module de mesure du signal du noeud de lecture apte à réaliser une mesure du signal de référence avant le transfert de charge d'une photodiode d'un photosite vers le noeud de lecture et une mesure après ledit transfert de charges, et un module de soustraction apte à soustraire ledit signal de référence audit signal mesuré. Le dispositif peut comprendre en outre un troisième photosite comportant une photodiode et un transistor de transfert de charges, et en ce que les premiers moyens de commande sont aptes à commander une accumulation de charges dans la photodiode du troisième photosite pendant une troisième période plus courte que la seconde période, et les moyens de sélection sont aptes à sélectionner ledit signal à partir du signal associé au premier photosite, du signal associé au second photosite et du signal associé au troisième photosite.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 présente de manière schématique un pixel d'un dispositif d'imagerie matriciel selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 présente un schéma électronique du pixel représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 illustre de manière schématique un exemple de procédé selon un premier mode de mise en oeuvre ; - la figure 4 présente un diagramme temporel du procédé illustré sur la figure 3 ; - la figure 5 illustre de manière schématique un exemple de procédé selon un second mode de mise en oeuvre ; - la figure 6 présente un diagramme temporel du procédé illustré sur la figure 5 ; - la figure 7 représente de manière schématique un dispositif d'imagerie comprenant un réseau matriciel de pixels selon un mode de mise réalisation de l'invention. Sur la figure 1 est présenté de manière schématique un pixel 25 Pix d'un dispositif d'imagerie à réseau matriciel de pixels selon un mode de réalisation de l'invention. Le pixel Pix comprend ici quatre photosites PI à P4 comportant chacun une photodiode et un transistor de transfert de charges. Chaque photosite PI à P4 est couplé via un noeud de lecture 30 commun à un transistor suiveur SF (« source follower » en anglais), un transistor de réinitialisation RST (« reset » en anglais), et à un transistor de lecture RD (« read » en anglais), correspondant à un transistor de sélection de ligne. 15 20 La figure 2 représente un schéma électronique d'un pixel Pix tel qu'illustré sur la figure 1. Les quatre photosites PI à P4 sont couplés ensemble via le noeud de lecture SN. Chaque photosite comprend respectivement une photodiode PPD1 à PPD4 couplé à la source d'un transistor de transfert de charges TGI à TG4. Les drains des transistors de transfert TG1 à TG4 sont couplés ensemble et forme le noeud de lecture SN qui est également couplé à une électronique de lecture commune à tous les photosites PI à P4 du pixel Pix.

Les grilles des transistors de transfert TGI à TG4 sont couplées à des premiers moyens de commandes MC1. Les grilles des transistors de transfert TG1 et TG2 du premier et du second photosite PI et P2 sont commandées ensemble par un premier signal de commande d'intégration TXa. La grille du transistor de transfert TG3 du troisième photosite P3 est commandée par un second signal de commande d'intégration TXb, et la grille du transistor de transfert TG4 du quatrième photosite P4 est commandée par un troisième signal de commande d'intégration TXc. Le premier signal de commande d'intégration correspond à un temps d'intégration long pour capturer des rayonnements incidents de faible intensité. Le premier et le second photosites PI et P2 sont couplés ensemble de manière à augmenter la surface sensible permettant de photogénérer des charges. Lorsqu'une mesure est réalisée à l'issue du premier temps d'intégration, les grilles des transistors de transfert de charges TG1 et TG2 des deux photosites PI et P2 sont mise à un potentiel passant de manière à accumuler sur le noeud de lecture les charges accumulées dans les deux photodiodes PPD1 et PPD2 des deux photosites PI et P2. Le second signal de commande d'intégration correspond à un temps d'intégration moyen pour capturer des rayonnements incidents d'intensité moyenne. Le troisième signal de commande d'intégration correspond à un temps d'intégration court pour capturer des rayonnements incidents de forte intensité.

L'électronique de lecture comprend le transistor de réinitialisation RST, le transistor suiveur SF et le transistor de lecture RD, et est commandée par des seconds moyens de commande MC2. Le noeud de lecture SN est ainsi couplé au drain du transistor de réinitialisation RST dont la grille est couplée aux seconds moyens de commande MC2, et la source à un potentiel Vx. Le noeud de lecture SN est également couplé à la grille du transistor suiveur SF. La source du transistor suiveur SF est couplée au potentiel Vx tandis que son drain est couplé à la source du transistor de lecture RD. La grille du transistor de lecture RD est couplée aux seconds moyens de commande MC2 qui commande le transfert du signal reçu sur la source du transistor de lecture RD au drain du transistor de lecture RD qui est couplé à une colonne Col du réseau matriciel. Les seconds moyens de commande MC2 délivrent un signal de commande de réinitialisation Reset à la grille du transistor de réinitialisation RST et un signal de commande Read à la grille du transistor de lecture RD. Dans un autre mode de réalisation, il est possible d'avoir le transistor de lecteur RD et le transistor suiveur SF qui partagent une source et un drain commun. Le drain du transistor de lecture RD est également couplé à des moyens de sélection MS. Les moyens de sélection comprennent un module de mesure mes du signal sur le drain du transistor de lecture RD apte à réaliser une mesure d'un signal de référence avant le transfert de charges d'une photodiode d'un photosite vers le noeud de lecture SN et une mesure après ledit transfert, un module de soustraction sous apte à soustraire ledit signal de référence audit signal mesuré, des moyens de comparaison comp permettant de comparer un signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite à un seuil, et un module de sélection sélection apte à délivrer un signal de saturation possédant une intensité fixe ou le signal sélectionné parmi les signaux correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode des différents photosites.

Les premier et second moyens de commande MC1 et MC2 ainsi que les moyens de sélection MS peuvent être réalisés à partir de circuits logiques ou bien de façon logicielle au sein d'un microprocesseur.

Sur la figure 3 est illustré un exemple de procédé de commande d'un pixel tel qu'illustré sur les figures 1 et 2 selon un premier mode de mise en oeuvre. Dans une première étape 301, on réinitialise les photodiodes PPD1 et PPD2 des premier et second photosites PI et P2.

Pour réinitialiser les photodiodes PPD1 et PPD2, les seconds moyens de commande MC2 imposent un potentiel bloquant, par exemple 0, sur la grille du transistor de réinitialisation RST comme illustré sur la figure 4 illustrant un diagramme temporel du procédé. Les premiers moyens de commande MC1 imposent ensuite un potentiel passant, par exemple 1, sur les gilles des transistors de transfert de charges TG1 et TG2 respectivement associés aux photodiodes PPD1 et PPD2 via le signal de commande d'intégration TX1 pendant un court instant de manière à transférer les charges accumulées dans les photodiodes PI et P2 vers le noeud de lecture SN. Une fois les transistors de transfert de charges TG1 et TG2 à nouveau bloqués, les seconds moyens de commande MC2 imposent un potentiel passant, par exemple 1, sur la grille du transistor de réinitialisation RST de manière à évacuer les charges du noeud de lecture SN. A l'issue de la réinitialisation des photodiodes PPD1 et PPD2, on démarre, dans une étape 302, l'accumulation de charges photogénérées dans les photodiodes PPD1 et PPD2 du premier photosite et du second photosite PI et P2 couplés ensemble pendant une première période. Dans une étape 303, on réinitialise la photodiode PPD3 du troisième photosite P3. Dans une étape suivante 304, on lance l'accumulation de charges photogénérées dans la photodiode PPD3 du troisième photosite P3 pendant une seconde période plus courte que la première période.

Dans une étape 305, on réinitialise la photodiode PPD4 du quatrième photosite P4. Dans une étape suivante 306, on lance l'accumulation de charges photogénérées dans la photodiode du quatrième photosite pendant une troisième période plus courte que la seconde période. Dans une étape suivante 307, on active le transistor de lecture RD en imposant via les seconds moyens de commande MC2 un potentiel passant, par exemple 1, sur la grille du transistor de lecture RD, puis on impose via les seconds moyens de commande MC2 un potentiel bloquant, par exemple 0, sur la grille du transistor de réinitialisation RST. En ne bloquant le transistor de réinitialisation RST qu'après l'activation du transistor de lecture RD, on évacue les charges qui pourraient être apparues sur le noeud de lecture SN et perturber les mesures des signaux relatifs associés aux différents photosites. En effet, en bloquant le transistor de réinitialisation RST avant d'activer le transistor de lecture RD, et donc le transistor suiveur SF, le noeud de lecture SN serait flottant. Le couplage du noeud de lecture SN avec la colonne Col provoquerait une modification du signal sur le noeud de lecture SN par rapport au nombre réel de charges présentes sur le noeud lecture SN. Dans une étape suivante 308, on mesure le signal associé à la photodiode PPD4 du quatrième photosite P4. Pour cela, à l'aide du module de mesure mes des moyens de sélection MS, on mesure d'abord le signal de référence correspondant au potentiel sur le noeud de lecture SN, en commandant le transfert du signal sur la source du transistor de lecture RD vers son drain couplé aux moyens de sélection, ceci en appliquant un potentiel passant sur la grille du transistor de lecture RD via les seconds moyens de commande MC2.

Puis, on bloque le transistor de lecture RD en appliquant un potentiel bloquant sur la grille du transistor de lecture RD à l'aide des seconds moyens de commande MC2, et on transfère vers le noeud de lecture SN les charges accumulées dans la photodiode PPD4 du quatrième photosite P4 en imposant via les premiers moyens de commande MCI un potentiel passant sur la grille du transistor de transfert TG4. On mesure alors à l'aide du module de mesure mes le signal sur le noeud de lecture via l'activation du transistor de lecture RD par les seconds moyens de commande MC2, et on réalise la soustraction entre le signal ainsi mesuré et le signal de référence à l'aide du module de soustraction sous. Dans une étape suivante 309, on compare le signal associé au quatrième photosite P4 à un seuil d'intensité minimale. Si le signal est supérieur au seuil d'intensité minimale, on sélectionne via le module de sélection sélection le signal associé au quatrième photosite P4 dans une étape 310. Sinon, on mesure le signal associé à la quantité de charges accumulées dans la photodiode PPD3 du troisième photosite P3 dans une étape 311. Puis, on compare ce signal relatif au seuil d'intensité minimale dans une étape 312. Si le signal relatif est supérieur au seuil d'intensité minimale, on sélectionne le signal associé au troisième photosite P3 dans une étape 313. Sinon, on mesure le signal relatif associé à la quantité de charges accumulées dans les photodiodes PPD1 et PPD2 du premier et second photosites PI et P2 dans une étape 314. Puis, on compare ce signal au seuil d'intensité minimale dans une étape 315. Si le signal est supérieur au seuil d'intensité minimale, on sélectionne le signal associé aux premier et second photosites PI et P2 dans une étape 316. Sinon le module de sélection sélection délivre le signal de saturation d'intensité fixe. Une fois le signal sélectionné dans les étapes 310, 313 ou 316, on numérise ce signal dans une étape 317 à l'aide des moyens de numérisation N, et on mémorise le signal ainsi numérisé dans une étape 318.

Sur la figure 5 est illustré un exemple de procédé de commande d'un pixel tel qu'illustré sur les figures 1 et 2 selon un second mode de mise en oeuvre. Les étapes 501 à 507 sont identiques aux étapes 301 à 307.

Ainsi, dans une première étape 501, on réinitialise les photodiodes PPD1 et PPD2 des premier et second photosites PI et P2. A l'issue de l'étape 502, on accumule des charges photogénérées dans les photodiodes PPD1 et PPD2 du premier photosite et du second photosite PI et P2 couplés ensemble pendant une première période. Puis, dans une étape 503, on réinitialise la photodiode PPD3 du troisième photosite P3, avant d'accumuler, dans une étape 504, des charges photogénérées dans la photodiode PPD3 du troisième photosite P3 pendant une seconde période plus courte que la première période. Dans une étape 505, on réinitialise la photodiode PPD4 du quatrième photosite P4, avant d'accumuler, dans une étape 506, des charges photogénérées dans la photodiode du quatrième photosite P4 pendant une troisième période plus courte que la seconde période. Dans une étape suivante 507, on active le transistor de lecture RD en imposant un potentiel passant, par exemple 1, sur la grille du transistor de lecture RD et du transistor suiveur SF, puis on impose un potentiel bloquant, par exemple 0, sur la grille du transistor de réinitialisation RST via les seconds moyens de commande MC2. Dans une étape suivante 508, on mesure selon ce second mode de mise en oeuvre, le signal associé aux photodiodes PPD1 et PPD2 des premier et second photosites PI et P2. Pour cela, on mesure d'abord le signal de référence correspondant au potentiel sur le noeud de lecture SN, puis on transfère les charges accumulées dans les photodiodes PPD1 et PPD2 du premier et second photosites PI et P2 en imposant un potentiel passant sur les grilles des transistors de transfert TG1 et TG2 via le premier signal de commande d'intégration TX1, et on réalise la soustraction entre le signal ainsi mesuré et le signal de référence. Dans une étape suivante 509, on compare le signal associé aux premier et second photosites PI et P2 à un seuil de saturation. Si le signal est inférieur au seuil de saturation, on sélectionne le signal associé aux premier et second photosites PI et P2 dans une étape 510. Sinon, on mesure le signal associé à la quantité de charges accumulées dans la photodiode PPD3 du troisième photosite P3 dans une étape 511. Puis, on compare ce signal au seuil de saturation dans une étape 512. Si le signal est inférieur au seuil de saturation, on sélectionne le signal associé au troisième photosite P3 dans une étape 513.

Sinon, on mesure le signal associé à la quantité de charges accumulées dans la photodiode PPD4 du quatrième photosite P4 dans une étape 514. Puis, on compare ce signal au seuil de saturation dans une étape 515. Si le signal est inférieur au seuil de saturation, on sélectionne le signal associé au quatrième photosite P4 dans une étape 516. Sinon le module de sélection sélection délivre le signal de saturation d'intensité fixe. Une fois le signal sélectionné dans les étapes 510, 513 ou 516, on numérise ce signal dans une étape 517, et on mémorise le signal ainsi numérisé dans une étape 518.

Le post traitement comprend la numérisation du signal sélectionné et la multiplication du signal numérisé par un gain proportionnel au temps d'intégration et à la surface photosensible, c'est-à-dire au nombre de photosites couplés ensemble, ainsi que la mémorisation de ce dernier. Dans une variante, le post traitement peut comprendre la multiplication du signal sélectionné par ledit gain puis une numérisation de ce signal multiplié et la mémorisation du signal numérisé. Ainsi, par exemple, si dans un pixel, on utilise quatre photosites, deux étant dédié aux faibles intensités (temps d'intégration long), un aux intensités moyennes (temps d'intégration moyen) et un aux fortes intensités (temps d'intégration court), en prenant comme référence le signal correspondant aux faibles intensités, on multipliera le signal des intensités moyennes, s'il est sélectionné, par un facteur 2 dû à la différence de surface photosensible et par un facteur correspondant au rapport entre le temps d'intégration moyen et le temps d'intégration long (par exemple un facteur 10 si le temps d'intégration long est dix fois plus long que le temps d'intégration moyen). De même, on multipliera le signal des fortes intensités, s'il est sélectionné, par un facteur 2 dû à la différence de surface photosensible et par un facteur correspondant au rapport entre le temps d'intégration court et le temps d'intégration long (par exemple un facteur 100 si le temps d'intégration long est cent fois plus long que le temps d'intégration court).

La figure 7 représente de manière schématique un dispositif d'imagerie comprenant un réseau matriciel de pixels selon un mode de mise réalisation de l'invention. Le dispositif d'imagerie comprend un réseau matriciel de pixels Pix. Chaque colonne de pixels Pix est couplée à un module de numérisation N qui délivre en sortie le signal numérisé à une mémoire M. Le dispositif d'imagerie proposé comprend des pixels comportant des photosites de sensibilité lumineuse différente pour mesurer un signal non saturé sur une grande plage d'intensité lumineuse. De plus, chaque pixel est associé à un des moyens de sélection permettant de sélectionner un signal avant de le numériser. La numérisation d'un signal consomme beaucoup de temps. Ainsi, sélectionner un signal analogique parmi trois et ne numériser qu'un seul signal prend moins de temps que numériser trois signaux pour en sélectionner un à la suite d'une comparaison numérique.

Claims (17)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un pixel (Pix) comprenant au moins un premier et un second photosites (Pl, P3) comportant chacun une photodiode (PPD1, PPD3) et un transistor de transfert de charges TG1, TG3), un noeud de lecture (SN) et une électronique de lecture communs à tous les photosites, le procédé comprenant une accumulation de charges photogénérées dans la photodiode (PPDl) du premier photosite (Pl) pendant une première période, une accumulation de charges photogénérées dans la photodiode (PPD3) du second photosite (P3) pendant une seconde période plus courte que la première période, une sélection du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite ayant l'intensité non saturée la plus élevée ou bien d'un signal de saturation, et un post traitement du signal sélectionné.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le pixel (Pix) comprend au moins un photosite supplémentaire (P2) comportant une photodiode (PPD2) et un transistor de transfert de charges (TG2), et on commande simultanément et de façon identique les grilles des transistors de transfert de charges (TG2, TG1) du photosite supplémentaire (P2) et du premier photosite (Pl).
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel on réinitialise le noeud de lecture (SN) avant la première des mesures de signal correspondant à la quantité de charges accumulées.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on réinitialise chaque photodiode (PPD1 à PPD3) au début de sa période d'accumulation de charges.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la sélection dudit signal comprend une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans le second photosite (P3), une comparaison dudit signal associé au second photosite (P3) avec un seuil de saturation, la sélection du signal de saturation si ledit signal associé au second photosite (P3) est supérieur au seuil de saturation, sinon la sélection comprend en outre une mesure du signalcorrespondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode (PPD l) du premier photosite (Pl), une comparaison dudit signal associé au premier photosite (Pl) avec le seuil de saturation, une sélection dudit signal associé au second photosite (P2) si ledit signal associé au premier photosite (Pl) est supérieur au seuil de saturation, sinon une sélection du signal associé au premier photosite (Pl).
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la sélection du signal comprend une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans le premier photosite (Pl), une comparaison dudit signal associé au premier photosite (Pl) avec un seuil de saturation, une sélection du signal associé au premier photosite (Pl) si ledit signal associé au premier photosite (Pl) est inférieur au seuil de saturation, sinon elle comprend en outre une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans le second photosite (P3), une comparaison dudit signal associé au second photosite (P3) avec seuil de saturation, une sélection dudit signal associé au second photosite (P3) si ledit signal associé au second photosite (P3) est inférieur au seuil de saturation, sinon la sélection du signal de saturation.
7. 7. Procédé selon les revendications 1 à 6, dans lequel une mesure du signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite comprend successivement une mesure du signal de référence du noeud de lecture (SN), un transfert des charges accumulées dans la photodiode du photosite vers le noeud de lecture (SN), une mesure du signal du noeud de lecture (SN), et une détermination d'une soustraction dudit signal mesuré audit signal de référence.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on réinitialise le noeud de lecture (SN) avant chaque mesure de signal associé à un photosite.
9. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant une accumulation pendant une troisième période plus courte que la seconde période des charges photogénérées dans la photodiode (PPD4) d'un troisième photosite (P4) comportant en outre un transistor detransfert de charges (TG4), la sélection dudit signal étant réalisée à partir du signal associé au premier photosite (Pl, P2), du signal associé au second photosite (P3) et du signal associé au troisième photosite (P4).
10. 10. Dispositif d'imagerie formé dans un substrat semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau matriciel formé d'au moins un pixel (Pix) comprenant au moins un premier et un second photosites (Pl, P3) comportant chacun une photodiode (PP1, PPD3) et un transistor de transfert de charges (TG1, TG3), un noeud de lecture (SN) et une électronique de lecture communs à tous les photosites du pixel (Pix), des premiers moyens de commande (MC1) apte à commander une accumulation de charges photogénérées dans la photodiode (PPD1) du premier photosite (Pl) pendant une première période et une accumulation de charges photogénérées dans la photodiode (PPD3) du second photosite (P3) pendant une seconde période plus courte que la première période, des moyens de sélection (MS) aptes à sélectionner le signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite ayant l'intensité non saturée la plus élevée ou bien un signal de saturation, et des moyens de post traitement (N) du signal sélectionné.
11. 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel les pixels (Pix) comprennent au moins un photosite supplémentaire (P2) comportant une photodiode (PPD2) et un transistor de transfert de charges (TG2), les grilles des transistors de transfert de charges (TG2, TG1) du photosite supplémentaire (P2) et du premier photosite (Pl) étant commandées simultanément et de façon identique.
12. 12. Dispositif selon l'une des revendications 10 ou Il, caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens de commande (MC2) aptes à commander l'électronique de lecture commune aux photosites (Pl à P4) d'un pixel (Pix) pour réinitialiser le noeud de lecture (SN) avant la première des mesures de signal correspondant à la quantité de charges accumulées.
13. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un couplage des premiers moyens de commande (MC1) avecles seconds moyens de commande (MC2) de manière à commander une réinitialisation de chaque photodiode (PPD1 à PPD4) au début de sa période d'accumulation de charges.
14. 14. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13, dans lequel les moyens de sélection (MS) comprennent des moyens de comparaison (comp) aptes à comparer un signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite à un seuil de saturation.
15. 15. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 14, dans lequel les moyens de sélection (MS) comprennent des moyens de mémorisation aptes à mémoriser un signal correspondant à la quantité de charges accumulées dans la photodiode d'un photosite.
16. 16. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 15, dans lequel les moyens de sélection (MS) comprennent un module de mesure (mes) du signal du noeud de lecture apte à réaliser une mesure d'un signal de référence avant le transfert des charges d'une photodiode d'un photosite vers le noeud de lecture (SN) et une mesure après ledit transfert de charges, et un module de soustraction (sous) apte à soustraire ledit signal de référence audit signal mesuré.
17. 17. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un troisième photosite (P4) comportant une photodiode (PPD4) et un transistor de transfert de charges (TG4), et en ce que les premiers de commande (MC1) sont aptes à commander une accumulation de charges dans la photodiode (PPD4) du troisième photosite (P4) pendant une troisième période plus courte que la seconde période, et les moyens de sélection (MS) sont aptes à sélectionner ledit signal à partir du signal associé au premier photosite (Pl, P2), du signal associé au second photosite (P3) et du signal associé au troisième photosite (P4).