WO2010136521A1 - Dispositif electronique d'ebasage du courant issu de detecteurs de rayonnement electromagnetique - Google Patents

Dispositif electronique d'ebasage du courant issu de detecteurs de rayonnement electromagnetique Download PDF

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WO2010136521A1
WO2010136521A1 PCT/EP2010/057314 EP2010057314W WO2010136521A1 WO 2010136521 A1 WO2010136521 A1 WO 2010136521A1 EP 2010057314 W EP2010057314 W EP 2010057314W WO 2010136521 A1 WO2010136521 A1 WO 2010136521A1
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signal
counting
integration
pulses
microelectronic device
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Gilles Chammings
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Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
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    • G01J5/22—Electrical features thereof
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    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J1/46—Electric circuits using a capacitor
    • H—ELECTRICITY
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
    • H04N25/671—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Definitions

  • the invention relates to the field of electromagnetic radiation sensors, and in particular to that of bolometer sensors, that is to say thermal detectors used to measure a quantity of energy flow absorbed, thanks to a variation of resistance caused by The heating of a plate or a detection layer, and capable of measuring the power of electromagnetic radiation in areas such as microwave or infrared radiation.
  • the invention relates to bolometer sensors arranged in a matrix of X x Y pixels, where X is a number of columns (or vertical rows) of pixels and Y is a number of rows (or horizontal rows) of pixels.
  • an imager comprising a matrix of pixels for capturing the infrared flux is used, with a bolometer per pixel in order to produce an infrared image of a scene, that is to say of a surface covered during the recording of an image and whose template results from the observation conditions and properties of the sensor used.
  • a bolometer is a resistive sensor whose resistance varies with the temperature and therefore with the radiation flux coming from the scene. To read the value of the resistance of the bolometer which corresponds to an infra-red flow, it is possible, for example, to impose a voltage and to measure a current.
  • a variation of the scene temperature for example of the order of 50 K, can in certain cases cause a variation in current, for example of the order of
  • This DC component is detrimental to the signal-to-noise ratio and it is necessary to perform an operation which consists in eliminating or reducing this DC component.
  • FIG. 1 A microelectronic device for electromagnetic radiation sensor according to the prior art, in which such an operation is performed, is given in FIG. 1. In this device, current is subtracted from
  • a predetermined fixed value current Im for example a value close to the average value of the current of the sensor.
  • This fixed value current comes from a fixed current source, which can be formed for example using a reference bolometer 1 insensitive or insensitive.
  • the reference bolometers may be provided for example at the bottom of the column or at the head of a column of pixels. It is thus sought to obtain a current to be integrated as small as possible and which corresponds to the variations of the resistance of the sensitive bolometer under the effect of the electromagnetic radiation flux of the scene.
  • the current I resulting from the difference between the current coming from the sensitive bolometer Idet and the current Im coming from the reference bolometer is converted into voltage by means of an integrator 3, which can be formed of an amplifier 4 and a capacitor of FIG. integration 5 of capacity Cint.
  • the output of the converter is connected to means forming a reading circuit 8 of the bolometer.
  • the implementation of sensors rendered insensitive poses congestion problems.
  • the lack of uniformity of their characteristics can be problematic.
  • the current Im may be different from one reference bolometer to another.
  • the problem of finding a new detection device which does not have the disadvantages mentioned above.
  • the invention firstly relates to a microelectronic device for measuring electromagnetic radiation comprising:
  • At least one electromagnetic radiation detector such as a bolometer, designed to deliver a current as a function of the intensity of the detected radiation
  • integrating means comprising means forming an integration capacitor, intended to produce, during a determined period of time, called “integration time" between an integration start instant and an integration end instant, a first integration capacitor, signal, of variable amplitude and frequency as a function of said current delivered by the detector, in the form of a series of pulses, means for controlling said first signal, intended to deliver a second signal, the control means comprising counting means provided for, counting or counting each pulse of said first detected signal during the integration time, and indicating an end of counting when a predetermined number N of pulses is reached, the control means being implemented for when the end of integration time is reached and a predetermined number N of pulses has been counted or counted by said counting means, deli to make a second amplitude signal, dependent on, or equal to, the amplitude of the first signal.
  • control means may further comprise: means for detecting said pulses of said first signal.
  • the device can be adapted for a case of operation in which the detector is under-illuminated.
  • control means can be further implemented for: when the integration end time is reached and a number less than N pulses has been counted or counted by said counting means, outputting a second signal d amplitude equal to a first threshold potential.
  • the device can be adapted for a case of operation in which the detector is over-illuminated.
  • the control means can be further implemented for: when the integration end time is reached and the number N of pulses has been counted or counted by said counting means, to deliver a second signal of equal amplitude, in particular at a saturation potential reached by the first signal.
  • the control means may further comprise: switching means implemented for, when a counting end is indicated by said counting means, switching between a first threshold voltage Vnoir, and the output of said integrating means delivering the first signal Sl .
  • the control means may further comprise: reset means arranged for, during the integration time, consecutively to each pulse detected in the first signal and as long as the number N of detected pulses is not reached, apply a reset signal, at least one terminal of said integrating capacitor so as to vary the first signal opposite to said detected pulse.
  • the reset means may be arranged to stop the application of the feedback signal when the number N of detected pulses is reached.
  • the reset means may comprise means forming at least one switch, said switch being controlled by at least one start-of-count indication signal intended to reset a count made by the counting means, and at least one indication signal. end of counting generated by the counting means when the predetermined number N of pulses is reached.
  • the reset means may comprise means forming at least a first pair of switches, and at least one second pair of switches, the first pair of switches, and the second pair of switches being controlled by the counting means.
  • the first pair of switches may be provided for connecting a first terminal of the capacitor alternately to the output and to an inverting input of an amplifier, the second pair of switches being provided for connecting a second terminal of the capacitor, alternatively to the inverting input and the output of the amplifier.
  • Said detector can belong to a matrix of detectors.
  • several of said cells may be provided with a microelectronic device as defined above which is integrated with them.
  • said integration capacitor can be formed by a transistor.
  • FIG. 1 illustrates an example of a bolometer sensor according to the prior art
  • FIG. 2 illustrates a first example of implementation of a device according to the invention belonging to a bolometer array sensor
  • FIGS. 3A to 3C show signals implemented within the first example of a device described with reference to FIG. 2,
  • FIG. 4 illustrates a second exemplary implementation of a device according to the invention belonging to a bolometer array sensor
  • FIGS. 5A to 5C show signals implemented within the second exemplary device described. in connection with Figure 4,
  • FIG. 6 illustrates a third example of implementation of a device according to the invention belonging to a bolometer array sensor
  • FIGS. 7A to 7C represent signals implemented within the third example of a device described in connection with FIG. 6,
  • FIG. 2 A first example of an imaging microelectronic device, in particular with bolometers, will now be given in conjunction with FIG. 2 (only a part of the imager, and in particular an elementary cell of the imager, being represented in FIG. 2) .
  • This device is part of a matrix of X horizontal rows and Y vertical rows of elementary cells also called "pixels".
  • the elementary cells each have at least one sensor comprising a bolometer-type electromagnetic radiation detector element.
  • An elementary cell may include at least one bolometer detector in the form of a thermistor 102, i.e. a temperature-varying resistance.
  • the thermistor may be associated at the output with a transistor 104 whose gate is biased at a potential Vgdt, in order to deliver a detection current.
  • Switching means 106 controlled by an address alignment signal AdL, that is to say horizontal rows of the matrix, are in this embodiment, provided at the output of the detector so that it delivers the current detected at a column of the matrix, when the horizontal row of the matrix to which this detector belongs is selected.
  • the switch means 106 may for example be in the form of a transistor, for connecting the bolometer to a read circuit or reading means for a capture time.
  • a bias voltage applied across the bolometer 102 is constant during this capture.
  • the current from the bolometer 102 is converted using integrator means 110, which output a signal which is called the first signal Si.
  • the integrating means 110 may in this example comprise an amplifier 114.
  • the amplifier 114 may be provided with a non-inverting input set to a bias potential Vcol, as well as an output and an inverting input connected to the amplifiers. terminals of means forming a capacitor 112 of integration, capacity Cint.
  • the bias potential Vcol can be provided and set according to the range of incident electromagnetic energy to be detected.
  • the potential Vcol can be chosen equal to or close to another Vseuil bias potential.
  • An integration of the detected current is carried out for a duration called integration time Tint, between a so - called “start of integration” instant and a so - called “end of integration” instant end (Tint being fixed on the 3 examples of device operation given in connection with Figures 3A-3C, the scales are not necessarily identical between these 3 figures).
  • the beginning of the integration can be determined by, and / or be consecutive to, a change of state of a signal called "reset" Sraz, while the end of the integration can be determined by and / or consecutive to, a change of state of a so-called “memorizing" signal Smem.
  • the first signal Sl (represented in the timing diagrams of FIGS. 3A, 3B, 3C, respectively by signal curves SIa, SIb, Sic) resulting from the integration of the current from the detector, is in the form of a series of pulses (respectively PIa, PIb, PIc) whose duration and frequency depend in particular on the capacitance Cint chosen for the integration capacitor 112, and the intensity of the current from the bolometer 102, itself dependent on the energy electromagnetic incident on the bolometer 102.
  • the first signal S1 is shown for different current values from the detector 102, and therefore for different incident electromagnetic energy on the bolometer 102.
  • a first case of operation is given in FIG. 3A, whereas in FIGS.
  • the first signal S1 is represented respectively for a second case, under-polarization or under-illumination of the detector 102, and for a third case, over-polarization or over-illumination of the detector 102.
  • the number of pulses of the first signal Si is intended to be counted during the integration time Tint which is the same in the three operating cases.
  • Control means 120 of the first signal S1 are arranged at the output of the integrator means 110, and are intended to deliver a second signal S2, in which a portion of useless information of the first signal has been suppressed.
  • the control means 120 are arranged to implement a detection of the pulses of the first signal Si.
  • the output of the integrator means 110 may be applied to the inverting input of a comparator 131, and is compared with a potential of V bias applied to the non-inverting input of the comparator 131.
  • the result of the comparison between the first signal and V threshold is converted into a two-state signal.
  • a monostable 133 at the output of the comparator 131 may be provided to obtain a signal in the form of calibrated pulses.
  • Pulse detection is thus implemented in order to count or count these pulses.
  • the two-state signal from the monostable can be delivered in particular to counting means 140 belonging to the control means 120.
  • the counting means 140 may be used to count or count each new pulse detected in the first signal. If.
  • the counting means 140 are also implemented to transmit an end indication signal counting, once a predetermined number N of pulses is reached and has been counted or counted.
  • the number of pulses N that the counting means are intended to count or count down can be provided based on an evaluation of a mean value of the current from the detectors of the matrix.
  • the counting means 140 may comprise, for example, at least one counter 145, for example a digital counter, which may be associated with means for indicating an end of counting, for example comprising a NAND logic gate 146, at the output of the counter 145.
  • the end-of-count indication signal can be transmitted in particular to reset means 150, for example by means of a logic gate such as a NAND gate 152 connected to the output of the NAND gate 146 and the monostable 133 .
  • the reset means 150 are in particular provided for, following a variation of the first signal S1 in the form of a pulse (P1a pulse of the first signal S1a in FIG. 3A), applying a feedback signal to the capacitor 112 so that to vary the first signal Si, in opposition to said variation (part P 'of the first signal SIa in FIG. 3A).
  • a feedback signal is applied to the capacitor 112 so as to decrease the first signal Si.
  • the feedback signal may be a feedback potential Vraz, applied via switch means 151.
  • the reset means 150 allow, as soon as a pulse has been detected and counted, that the output of the integrator is reset to the potential Vraz. This results in this embodiment, by a voltage drop of the first signal (P 'portion of the signals SIa, SIb, Sic in Figures 3A, 3B, 3C).
  • the repeated application of a feedback signal can be stopped as soon as the counting means 140 have reached the predetermined number N of pulses.
  • the reset means 150 can thus be provided for, when they receive the end of count indication signal, stop the repeated opening and closing of the switch means 151.
  • the switch means 151 can be controlled for example by a signal delivered by means 155 forming a NOR logic gate, an input of which is connected to the output of the counting means 140 and means 153 for applying a reset signal Sraz. Feedback to control the charges and discharges of the integration capacitor 112 is thus stopped as soon as the number N of pulses has been reached.
  • This blocking of the feedback can be generated by means comprising for example a NOR gate 155, at the output of the counter 145 and the NAND gate 152.
  • the control means 120 are provided to deliver the second signal S 2 .
  • the second signal S2 is maintained at a first threshold voltage Vnoir as long as the counting performed by the counting means 140 has not reached the value N.
  • the control means 120 produce a second signal S2 equal to the first threshold potential Vnoir.
  • Switching means 161 are provided at the output of the control means 120 and are controlled by the end of count signal delivered by the counting means 140.
  • the end of count signal delivered by the counting means 140 makes it possible to switch the means switches 161 so that when these means receive the end of counting signal, they connect the output of the control means 120 to the output of the integrator means 110, and deliver a second signal which is equal to the output of the integrator.
  • the second signal S2 is sampled, using sampling means 170.
  • the sampling means may comprise means forming a switch 171 controlled by a storage signal Smem, and which when the signal Smem changes state connects the output of the means of sampling. control 120 to a storage capacitor 172.
  • the sampling means 170 may also comprise a follower 173, controlled by an AdC column addressing signal. Two limiting cases of operation of the device are given in conjunction with the timing diagrams of FIGS. 3B and 3C.
  • FIG. 3B A limiting operating case, which is representative of under-illumination of the detector with respect to the detection range of the bolometer or of a sub-polarization of the detector 102, is given in FIG. 3B.
  • the counting means 140 have not reached the counting value N, which keeps the output of the switching means 161 at the potential Vnoir (signal S2b remaining at Vnoir on the Figure 3C).
  • FIG. 3C A second case, of over-illumination with respect to the detection range of the bolometer or of the over-polarization of the detector 102, is given in FIG. 3C.
  • the integration time Tint has elapsed
  • the counter 145 has reached the counting value N, which has blocked the feedback.
  • Ways switch 151 of the reset means is then open, and the integration capacitor 112 continues charging and remains charged when its charge is complete.
  • the output of the control means 120 is set to the output potential of the integrator means 110, which reaches a saturation potential Vsat.
  • the beginning of the integration is triggered by a change of state of the reset signal Sraz.
  • Each pulse produces a reset.
  • the repeated feedback is stopped as soon as the counting means 140 have reached the counting value N, which is achieved by keeping the switch means 151 of the reset means 150 in the open state.
  • the counting means 140 have the switching means 161 switch and are connected to the output of the integrator means 110.
  • the integration capacitor 112 then continues its load.
  • the Smem storage signal changes state, so that sampling at the output of the control means is carried out.
  • the amplitude A of the second signal S2, which is dependent on that of the first signal Si, is then stored via, for example, capacitor 172.
  • the amplitude A of the second signal S2 then follows the following relation:
  • Idet * Tint ((N-I) * ⁇ V + A) * Cint, with Idet the current coming from the detector and ⁇ V the amplitude of the pulses detected.
  • FIG. 4 A second example of an imaging microelectronic device, in particular with bolometers, is shown in FIG. 4 (only a part of the imager, and in particular an elementary cell of
  • This example of a device differs from the previous one, in particular by the integrator means 210, this time with an integration capacitor 212, the terminals of which are capable of being connected alternately to the inverting input or to the output of an amplifier. 114 via switches 213a, 213b, 215a, 215b.
  • the non-inverting input of the amplifier 114 may be set to a potential Vcol, between a potential Vthreshold and a potential Vnoir.
  • control means 220 are provided, to implement a pulse detection in the first signal, for example using a comparator 131 for comparing the output of the integrating means to a potential Vseuil.
  • the control means 220 comprise in this example, a NAND gate 234 at the output of the comparator 131, which, associated with the NAND gate 146 located at the output of the counter, makes it possible to lock the count once the number N of pulses is reached.
  • the NAND gate 234 may have an input connected to the output of the NAND gate 146 end of counting, while its other input is connected to the output of the monostable 233.
  • the control means 220 differ from that described above in connection with FIG. 2, also by the reset means 250.
  • the reset means 250 are provided for, as a result of a variation of the first signal S1 in the form of a pulse, varying the signal S1 (the first signal being represented by the curves S '1a, S' 1b, S Ic, in Figs. 5A, 5B, 5C), applying a feedback signal to the capacitor 212 so as to vary the first signal Si, in opposition to said variation.
  • the reset means 250 further comprise a switch 251 and means 253 for applying a reset signal Sraz, the means 253 forming for example an external connection on which the reset signal is applied, such as a signal resetting timer, enabling resetting of the counting means 240.
  • the switch means 251 can be controlled for example by a signal delivered by the output of the counting means 240 and means 253 for applying a reset signal Sraz.
  • a signal Scint across the integration capacitor is also shown in the figures
  • a feedback signal is applied to the capacitor 212 so as to decrease the signal Scint.
  • the signal at the terminals of the capacitor is no longer in this example, sudden discontinuity as in the first embodiment, which brings improvements especially in terms of noise generated during integration.
  • the counting means 240 for example by the least significant bit of the counter 145, for example a digital counter.
  • a first pair of switches 213a, 215a is provided for connecting a first terminal of the integration capacitor 212 alternately, at the output, or at the an inverting input of the amplifier 114, while the second pair of switches 215a, 215b is provided for connecting a second terminal of the integration capacitor 212, alternatively to the inverting input, or to the output of the amplifier 114.
  • the first pair of switches 213a, 213b is provided to connect to the inverting input of the amplifier 114 alternately , a first terminal or a second terminal of the integration capacitor 212, while the second pair of switches 215a, 215b is provided for connecting the output of the amplifier 114 alternately, to the first terminal or the second terminal of the capacitor of integration 212.
  • the open or closed state of the switches 213a, 213b, 215a, 215b is modified.
  • the repeated control of the opening or closing of the switches 213a, 213b, 215a, 215b can be stopped as soon as the counting means have reached the predetermined number N of pulses.
  • the feedback to control the charges and discharges of the integration capacitor 212 is thus stopped as soon as the number N of pulses has been reached.
  • FIG. 5B A limiting case, representative of a sub-illumination of the detector with respect to the detection range of the bolometer or a sub-polarization of the detector, is given in FIG. 5B.
  • FIG. 5C Another limiting case, of over-illumination with respect to the detection range of the bolometer or polarization of the detector, is given in FIG. 5C.
  • the beginning of the integration is triggered by a change of state of the reset signal Sraz.
  • the repeated feedback is stopped when the counting means have reached the counting value N.
  • the switching means 161 switch and are connected to the output of the integrator means 210.
  • the integration capacitor 212 continues charging.
  • the integration time Tint is fixed and therefore the same for the 3 examples of operation of the device given in connection with FIGS. 5A-5C, the scales being not necessarily identical between these 3 figures
  • the second signal S2 is sampled, using sampling means 170.
  • the amplitude A 'of the second signal S2 follows the following relation:
  • Idet * Tint ((NI) * 2 ⁇ V + A ') * Cint, with Idet the current coming from the detector and ⁇ V the amplitude of the pulses detected.
  • a detection of the state of the output of the stage 220 when the integration time Tint has elapsed, in order to detect a possible over-polarization or sub-polarization of the detector 102 and adjust the polarization state of the detector 102, depending on this detection, can be implemented.
  • FIG. 6 A third example of an imaging microelectronic device, in particular with bolometers, is shown in FIG. 6 (only a part of the imager, and in particular an elementary cell of the imager, being represented in this figure).
  • the matrix is formed of elementary cells each comprising a bolometer 302, integrator means 310 of the current coming from the bolometer 302, and control means 320 which can be of the type of the control means 120 described previously in connection with FIG. Figure 2.
  • the integrating means 310 comprise an integration capacitor in the form of a transistor 312, for example of the MOS type, whose gate is connected to an input of the control means 320, and whose source and drain are put at the same bias potential, for example to the electrical ground.
  • the gate potential of the transistor 312 corresponds to the first signal S1 controlled by the control means 320.
  • control means 320 are provided, as in the previous examples, means for detecting the pulses of the first signal Si comprising for example a comparator 331, means for producing calibrated pulses comprising a monostable 333.
  • the control means 320 also comprise counting means 340 provided for example with at least one counter 345 associated with means forming one or more logic gates 346, 352.
  • the control means 320 also include reset means 350 having for example a switch 351 capable of applying a potential Vraz to the gate of the transistor 312, following a detection of a pulse of the first signal S1.
  • the reinitialization carried out in this example can thus be similar to that implemented in the first example given with reference to FIG. 2.
  • an integration can be triggered by a change of state of a Sraz reset signal. applied to the reset means 350 or generated by the reset means 350.
  • the sampling trigger Smem signal changes state.
  • the switching means 361 at the output of the control means 320 delivers a second signal, of which the amplitude depends on that of the first signal Si, and may in this example be equal to the first signal S1.
  • the counting means 340 when the integration time Tint has elapsed, the counting means 340 have not reached the counting value N, which maintains the output of the switching means 361 to the potential Vraz (signal curve s "). 2b remaining at Vraz in Figure 7B).
  • FIG. 7C A second case, of over-illumination with respect to the detection range of the bolometer or an over-polarization of the detector, is given in FIG. 7C.
  • the integration time Tint has elapsed
  • the counter 345 has reached the counting value N, which has blocked the feedback.
  • the switch 351 of the reset means is then open, and the integration capacitor 312 continues charging and remains charged when its load is complete.
  • the output of the control means 320 is at the output potential of the integrator 310.
  • a case of operation of the detector, when it is normally lit, is given in connection with FIG. 7A.
  • the beginning of the integration is triggered by a change of state of the reset signal Sraz. Then, a count or a count of the pulses of the first signal Si is performed. Each pulse is followed by a feedback resulting in an opposite variation of the first signal.
  • the repeated feedback is stopped when the counting means 340 have reached the counting value N, which is achieved by keeping the switch means 351 of the reset means 350 in the open state.
  • the switching means 361 switch and are connected to the output of the integrator 310.
  • the integration capacitor 312 then continues charging.
  • the monostable 333 may be associated with pulse count locking means when a number of pulses N has been counted.
  • the storage signal Smem changes state, so that sampling at the output of the control means is carried out.
  • the amplitude of the second signal S2, which is dependent on that of the first signal Si, is then stored via, for example, a capacitor 372.
  • Multiplexer means 380 may be provided at the output of the sampling means.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif microélectronique de mesure de rayonnement électromagnétique comprenant: au moins un détecteur (102) de type bolomètre, des moyens intégrateurs (110, 210, 310) comprenant: des moyens formant un condensateur d'intégration (112, 212, 312), destinés à produire en sortie, pendant un temps d'intégration, un premier signal (S1), d'amplitude et de fréquence variables en fonction dudit courant délivré par le détecteur, sous forme d'une série d'impulsions, des moyens de contrôle (120, 220, 320) dudit premier signal, prévus pour délivrer un deuxième signal (S2) et comprenant: des moyens de comptage (140, 240) prévus pour, compter chaque impulsion dudit premier signal détectée pendant le temps d'intégration, et indiquer une fin de comptage lorsqu'un nombre N prédéterminé d'impulsions est atteint, les moyens de contrôle étant mis en oeuvre pour lorsque le temps de fin d'intégration est atteint et qu'un nombre N prédéterminé d'impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage,délivrer un deuxième signal d'amplitude, dépendante ou égale, à l'amplitude du premier signal.

Description

DISPOSITIF ELECTRONIQUE D'EBASAGE DU COURANT ISSU DE DETECTEURS DE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
L' invention se rapporte au domaine des capteurs de rayonnement électromagnétiques, et en particulier à celui des capteurs à bolomètres c'est-à- dire des détecteurs thermiques utilisés pour mesurer une quantité de flux énergétique absorbée, grâce à une variation de résistance provoquée par 1 ' échauffement d'une plaque ou d'une couche de détection, et susceptibles de mesurer la puissance d'un rayonnement électromagnétique dans des domaines tels que les hyperfréquences ou le rayonnement infrarouge.
L' invention concerne en particulier les capteurs à bolomètres agencés en matrice de X x Y pixels, X étant un nombre de colonnes (ou rangées verticales) de pixels et Y un nombre de lignes (ou rangées horizontales) de pixels.
En imagerie infrarouge, on utilise un imageur comprenant une matrice de pixels pour capter le flux infrarouge, avec un bolomètre par pixel afin de réaliser une image infrarouge d'une scène, c'est-à-dire d'une surface couverte lors de l'enregistrement d'une image et dont le gabarit résulte des conditions d'observation et des propriétés du capteur utilisé.
Un bolomètre est un capteur résistif dont la résistance varie avec la température et donc avec le flux de rayonnement provenant de la scène. Pour lire la valeur de la résistance du bolomètre qui correspond à un flux infrarouge, on peut par exemple imposer une tension et mesurer un courant.
Cependant, une variation de scène même importante, entraine une variation de courant relativement faible, le signal issu des bolomètres présentant une composante continue importante.
Une variation de température de scène, par exemple de l'ordre de 50 K peut entrainer dans certains cas, une variation de courant par exemple de l'ordre de i s-
Cette composante continue est préjudiciable au rapport signal à bruit et il s'avère nécessaire d'effectuer une opération qui consiste à éliminer ou à réduire cette composante continue.
Un dispositif microélectronique capteur de rayonnements électromagnétiques suivant l'art antérieur, dans lequel une telle opération est effectuée, est donné sur la figure 1. Dans ce dispositif, on soustrait au courant
Idet issu d'un détecteur 2, un courant de valeur fixe Im prédéterminée, par exemple de valeur proche de la valeur moyenne du courant du capteur.
Ce courant de valeur fixe est issu d'une source de courant fixe, qui peut être formée par exemple à l'aide d'un bolomètre de référence 1 insensible ou rendu insensible.
Les bolomètres de référence peuvent être prévus par exemple en pied de colonne ou en tête de colonne d'une matrice de pixels. On cherche ainsi à obtenir un courant à intégrer aussi petit que possible et qui correspond aux variations de la résistance du bolomètre sensible sous l'effet du flux de rayonnement électromagnétique de la scène.
Le courant I issu de la différence entre le courant provenant du bolomètre sensible Idet et du courant Im provenant du bolomètre de référence est converti en tension grâce à un intégrateur 3, qui peut être formé d'un amplificateur 4 et d'un condensateur d'intégration 5 de capacité Cint.
Le gain de cette conversion dépend du temps d' intégration Tint et de la valeur de la capacité d'intégration. (V = I x Tint / Cint) . C'est uniquement une différence I = Idet - Im qui est traitée. Cette différence, étant typiquement de l'ordre de 100 fois plus petit que le courant Idet.
La sortie du convertisseur est reliée à des moyens formant un circuit de lecture 8 du bolomètre. L'implantation de capteurs rendus insensibles pose des problèmes d'encombrement. Par ailleurs, le manque d'uniformité de leurs caractéristiques peut poser problème.
Dans un dispositif matriciel, plusieurs bolomètres de référence rendus insensibles peuvent être utilisés .
Suivant la manière dont ils ont été mis en œuvre, le courant Im peut être différent d'un bolomètre de référence à l'autre. II se pose le problème de trouver un nouveau dispositif de détection, qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention concerne tout d'abord un dispositif microélectronique de mesure de rayonnement électromagnétique comprenant :
- au moins un détecteur de rayonnement électromagnétique, tel qu'un bolomètre, prévu pour délivrer un courant en fonction de l'intensité du rayonnement détecté,
- des moyens intégrateurs comprenant des moyens formant un condensateur d' intégration, destinés à produire en sortie, pendant une durée déterminée appelée « temps d'intégration » entre un instant de début d' intégration et un instant de fin d' intégration, un premier signal, d'amplitude et de fréquence variables en fonction dudit courant délivré par le détecteur, sous forme d'une série d'impulsions, - des moyens de contrôle dudit premier signal, prévus pour délivrer un deuxième signal, les moyens de contrôle comprenant des moyens de comptage prévus pour, compter ou décompter chaque impulsion dudit premier signal détectée pendant le temps d'intégration, et indiquer une fin de comptage lorsqu'un nombre N prédéterminé d'impulsions est atteint, les moyens de contrôle étant mis en œuvre pour lorsque le temps de fin d' intégration est atteint et qu'un nombre N prédéterminé d'impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, délivrer un deuxième signal d'amplitude, dépendante de, ou égale à, l'amplitude du premier signal.
Dans un tel dispositif, on se dispense de l'utilisation d'un capteur de référence tel qu'un bolomètre rendu insensible pour supprimer une partie inutile du signal issu du détecteur sensible. Un gain de place important est ainsi obtenu. Des moyens d'échantillonnage, prévus pour mémoriser le deuxième signal lorsque la durée d' intégration prédéterminée est écoulée, peuvent être également prévus.
Selon une possibilité de mise en œuvre, les moyens de contrôle peuvent comprendre en outre : des moyens de détection des dites impulsions dudit premier signal . Le dispositif peut être adapté pour un cas de fonctionnement dans lequel le détecteur est sous-éclairé . Ainsi, les moyens de contrôle peuvent être en outre mis en œuvre pour : lorsque le temps de fin d'intégration est atteint et qu'un nombre inférieur à N impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, délivrer un deuxième signal d'amplitude égale à un premier potentiel seuil.
Le dispositif peut être adapté pour un cas de fonctionnement dans lequel le détecteur est sur- éclairé.
Les moyens de contrôle peuvent être en outre mis en œuvre pour : lorsque le temps de fin d' intégration est atteint et que le nombre N d' impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, délivrer un deuxième signal d'amplitude égale, en particulier à un potentiel de saturation atteint par le premier signal.
Les moyens de contrôle peuvent comporter en outre : des moyens commutateurs mis en œuvre pour, lorsqu'une fin de comptage est indiquée par lesdits moyens de comptage, commuter entre un premier potentiel seuil Vnoir, et la sortie desdits moyens intégrateurs délivrant le premier signal Sl.
Les moyens de contrôle peuvent comporter en outre : des moyens de réinitialisation agencés pour, pendant le temps d' intégration, consécutivement à chaque impulsion détectée dans le premier signal et tant que le nombre N d'impulsions détectées n'est pas atteint, appliquer un signal de réinitialisation, à au moins une borne dudit condensateur d'intégration de manière à faire varier le premier signal de manière opposée à ladite impulsion détectée.
Les moyens de réinitialisation peuvent être agencés pour, stopper l'application du signal de rétroaction lorsque le nombre N d'impulsions détectées est atteint.
Les moyens de réinitialisation peuvent comprendre des moyens formant au moins un interrupteur, ledit interrupteur étant commandé par au moins un signal d'indication de début de comptage prévu pour réinitialiser un comptage effectué par les moyens de comptage, et au moins un signal d'indication de fin de comptage généré par les moyens de comptage lorsque le nombre N prédéterminé d'impulsions est atteint. Les moyens de réinitialisation peuvent comprendre des moyens formant au moins un première paire d'interrupteurs, et au moins une deuxième paire d'interrupteurs, la première paire d'interrupteurs, et la deuxième paire d' interrupteurs étant commandées par les moyens de comptage. La première paire d'interrupteurs, peut être prévue pour connecter une première borne du condensateur alternativement à la sortie et à une entrée inverseuse d'un amplificateur, la deuxième paire d'interrupteurs, étant prévue pour connecter une deuxième borne du condensateur, alternativement à l'entrée inverseuse et à la sortie de l'amplificateur.
Ledit détecteur peut appartenir à une matrice de détecteurs.
Selon une mise en œuvre particulière, plusieurs des dites cellules peuvent être dotées d'un dispositif microélectronique tel que défini précédemment qui leur est intégré.
Selon cette mise en œuvre particulière ledit condensateur d' intégration peut être formé par un transistor.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre un exemple de capteur à bolomètre suivant l'art antérieur, - la figure 2 illustre un premier exemple de mise en œuvre d'un dispositif suivant l'invention appartenant à un capteur matriciel à bolomètres,
- les figures 3A à 3C représentent des signaux mis en œuvre au sein du premier exemple de dispositif décrit en liaison avec la figure 2,
- la figure 4 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre d'un dispositif suivant l'invention appartenant à d'un capteur matriciel à bolomètres, - les figures 5A à 5C représentent des signaux mis en œuvre au sein du deuxième exemple de dispositif décrit en liaison avec la figure 4,
- la figure 6 illustre un troisième exemple de mise en œuvre d'un dispositif suivant l'invention appartenant à d'un capteur matriciel à bolomètres,
- les figures 7A à 7C représentent des signaux mis en œuvre au sein du troisième exemple de dispositif décrit en liaison avec la figure 6,
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles .
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Un premier exemple de dispositif microélectronique imageur, en particulier à bolomètres, va à présent être donné en liaison avec la figure 2 (seule une partie de l' imageur, et notamment une cellule élémentaire de l' imageur, étant représentée sur la figure 2) .
Ce dispositif fait partie d'une matrice de X rangées horizontales et Y rangées verticales de cellules élémentaires également appelés « pixels ». Les cellules élémentaires sont dotées chacune d'au moins un capteur comportant un élément détecteur de rayonnement électromagnétique de type bolomètre.
Une cellule élémentaire peut comporter au moins un détecteur à bolomètre sous forme d'une thermistance 102, c'est-à-dire une résistance variant avec la température. La thermistance peut être associée en sortie à un transistor 104 dont la grille est polarisée à un potentiel Vgdt, afin de délivrer un courant de détection.
Des moyens interrupteurs 106, commandés par un signal AdL d'adressage des lignes, c'est-à-dire des rangées horizontales de la matrice, sont dans cet exemple de réalisation, prévus en sortie du détecteur afin que celui-ci délivre le courant détecté à une colonne de la matrice, lorsque la rangée horizontale de la matrice à laquelle ce détecteur appartient est sélectionnée. Les moyens interrupteurs 106, peuvent être par exemple sous forme d'un transistor, permettant de connecter le bolomètre à un circuit de lecture ou à des moyens de lecture pendant une durée de capture. Une tension de polarisation appliquée aux bornes du bolomètre 102 est constante pendant cette capture. Ainsi, lorsque la température varie, et que la scène change, c'est-à-dire que le rayonnement perçu par le capteur change, la résistance du bolomètre 102 varie, ce qui implique, compte tenu de la tension constante aux bornes du bolomètre 102, une variation du courant qui le traverse.
Le courant issu du bolomètre 102 est convertit à l'aide de moyens intégrateurs 110, qui délivrent en sortie un signal que l'on appelle premier signal Si.
Les moyens intégrateurs 110 peuvent dans cet exemple, comprendre un amplificateur 114. L'amplificateur 114 peut être doté d'une entrée non- inverseuse mise à un potentiel de polarisation Vcol, ainsi que d'une sortie et d'une entrée inverseuse connectées aux bornes de moyens formant un condensateur 112 d'intégration, de capacité Cint. Le potentiel de polarisation Vcol peut être prévu et fixé en fonction de la gamme d'énergie électromagnétique incidente à détecter. Le potentiel Vcol peut être choisi égal ou proche d'un autre potentiel de polarisation Vseuil. Une intégration du courant détectée est réalisée pendant une durée appelée temps d' intégration Tint, comprise entre un instant dit de « début d' intégration » to et un instant dit « de fin d'intégration » tfin, (Tint étant fixe sur les 3 exemples de fonctionnement du dispositif donnés en liaison avec les figures 3A-3C, les échelles n'étant pas nécessairement identiques entre ces 3 figures) .
Le début de l'intégration peut être déterminé par, et/ou être consécutif à, un changement d'état d'un signal dit « de réinitialisation » Sraz, tandis que la fin de l'intégration peut être déterminée par et/ou consécutive à, un changement d'état d'un signal dit « de mémorisation » Smem.
Le premier signal Sl (représenté sur les chronogrammes des figures 3A, 3B, 3C, respectivement par des courbes de signaux SIa, SIb, Sic) résultat de l'intégration du courant issu du détecteur, est sous forme d'une série d'impulsions (respectivement PIa, PIb, PIc) dont la durée et la fréquence dépendent notamment de la capacité Cint choisie pour le condensateur d'intégration 112, ainsi que de l'intensité du courant issu du bolomètre 102, elle-même dépendante de l'énergie électromagnétique incidente sur le bolomètre 102. Sur les figures 3A, 3B, 3C, le premier signal Sl est représenté pour différentes valeurs de courants issues du détecteur 102, et donc pour différentes énergies électromagnétique incidentes sur le bolomètre 102. Un premier cas de fonctionnement est donné sur la figure 3A, tandis que sur les figures 3B, 3C, le premier signal Sl est représenté respectivement pour un deuxième cas, de sous-polarisation ou de sous- éclairement du détecteur 102, et pour un troisième cas, de sur-polarisation ou sur-éclairement du détecteur 102. Le nombre d' impulsions du premier signal Si est destiné à être comptabilisé, pendant la durée Tint d' intégration qui est la même dans les 3 cas de fonctionnement . Des moyens de contrôle 120 du premier signal Si, sont disposés en sortie des moyens intégrateurs 110, et sont destinés à délivrer un deuxième signal S2, dans lequel une partie d' information inutile du premier signal aura été supprimée.
Les moyens de contrôle 120 sont agencés pour mettre en œuvre une détection des impulsions du premier signal Si. Pour cela, la sortie des moyens intégrateurs 110 peut être appliquée à l'entrée inverseuse d'un comparateur 131, et est comparée à un potentiel de polarisation VseUii appliquée à l'entrée non-inverseuse du comparateur 131. Le résultat de la comparaison entre le premier signal et Vseuil est mis sous forme d'un signal à deux états. Un monostable 133 en sortie du comparateur 131 peut être prévu afin d'obtenir un signal sous forme d'impulsions calibrées.
Une détection d' impulsions est ainsi mise en œuvre afin d'effectuer un comptage ou un décompte de ces impulsions. Pour cela, le signal à deux états issu du monostable peut être délivré notamment à des moyens de comptage 140 appartenant aux moyens de contrôle 120. Les moyens de comptage 140 peuvent être mis en œuvre pour compter ou décompter chaque nouvelle impulsion détectée dans le premier signal Si. Les moyens de comptage 140 sont également mis en œuvre pour émettre un signal d'indication de fin de comptage, une fois qu'un nombre N d'impulsions prédéterminé est atteint et a été compté ou décompté.
Le nombre d' impulsions N que les moyens de comptage sont destinés à compter ou décompter, peut être prévu en fonction d'une évaluation d'une valeur moyenne du courant issu des détecteurs de la matrice.
Les moyens de comptage 140 peuvent comprendre par exemple au moins un compteur 145, par exemple un compteur numérique, qui peut être associé à des moyens pour indiquer une fin de comptage, par exemple comprenant une porte logique NAND 146, en sortie du compteur 145.
Le signal d' indication de fin de comptage peut être transmis notamment à des moyens de réinitialisation 150 par exemple par l'intermédiaire d'une porte logique telle qu'une porte NAND 152 connectée à la sortie de la porte NAND 146 et du monostable 133.
Les moyens de réinitialisation 150 sont notamment prévus pour, à la suite d'une variation du premier signal Sl sous forme d'une impulsion (impulsion PIa du premier signal SIa sur la figure 3A) , appliquer un signal de rétroaction au condensateur 112 de sorte à faire varier le premier signal Si, de manière opposée à ladite variation (partie P' du premier signal SIa sur la figure 3A) .
Dans cet exemple de réalisation, à la suite d'une impulsion faisant croitre le premier signal Si, un signal de rétroaction est appliqué au condensateur 112 de manière à faire décroître le premier signal Si. Le signal de rétroaction peut être un potentiel de rétroaction Vraz, appliqué par l'intermédiaire de moyens interrupteur 151.
Les moyens de réinitialisation 150 permettent, dès qu'une impulsion a été détectée et comptabilisée, que la sortie de l'intégrateur soit remise au potentiel Vraz. Cela se traduit dans ce mode de réalisation, par une chute de tension du premier signal (portion P' des signaux SIa, SIb, Sic sur les figures 3A, 3B, 3C) .
L'application répétée d'un signal de rétroaction peut être stoppée dès lors que les moyens de comptage 140, ont atteint le nombre N d'impulsions prédéterminé . Les moyens de réinitialisation 150 peuvent être ainsi prévus pour, lorsqu' ils reçoivent le signal d'indication de fin de comptage, stopper les ouvertures et fermetures répétées des moyens interrupteurs 151. Les moyens interrupteurs 151 peuvent être commandés par exemple par un signal délivré par des moyens 155 formant une porte logique NON OU, dont une entrée est connectée à la sortie des moyens de comptage 140 et à des moyens 153 pour appliquer un signal de remise à zéro Sraz. La rétroaction permettant de contrôler les charges et décharges du condensateur 112 d'intégration est ainsi stoppée dès lors que le nombre N d' impulsions a été atteint.
Sur les figures 3A, et 3C, cela se traduit par une courbe représentative SIa du premier signal qui, dès lors que le nombre N est atteint, continue de croître et n'est pas remise au potentiel Vraz.
Ce blocage de la rétroaction peut être généré par des moyens comprenant par exemple une porte NON OU 155, en sortie du compteur 145 et de la porte NAND 152.
Les moyens de contrôle 120 sont prévus pour délivrer le deuxième signal S2. Dans cet exemple, le deuxième signal S2 est maintenu à un premier potentiel seuil Vnoir tant que le comptage effectué par les moyens de comptage 140 n'a pas atteint la valeur N. Sur les figures 3A, 3B, 3C, cela se traduit par des courbes représentatives S2a, S2b, S2c du deuxième signal S2 qui restent au niveau Vnoir, tant que les moyens de comptage n'ont pas atteint la valeur N. Autrement dit, tant que la partie du signal que l'on souhaite supprimer n'est pas atteinte, les moyens de contrôle 120 produisent un deuxième signal S2 égal au premier potentiel seuil Vnoir. Des moyens commutateurs 161 sont prévus en sortie des moyens de contrôle 120 et sont commandés par le signal de fin de comptage délivré par les moyens de comptage 140. Le signal de fin de comptage délivré par les moyens de comptage 140 permet de faire commuter les moyens commutateurs 161 de sorte que lorsque ces moyens reçoivent le signal de fin de comptage, ils connectent la sortie des moyens de contrôle 120 à la sortie de moyens intégrateurs 110, et délivrent un deuxième signal qui est égal à la sortie de l'intégrateur. Lorsque le temps d'intégration Tint est écoulé, à l'instant tfin, le deuxième signal S2 est échantillonné, à l'aide de moyens d'échantillonnage 170. Les moyens d'échantillonnage peuvent comprendre des moyens formant un interrupteur 171 commandé par un signal de mémorisation Smem, et qui lorsque le signal Smem change d'état connecte la sortie des moyens de contrôle 120 à un condensateur 172 de mémorisation. Les moyens d'échantillonnage 170 peuvent également comprendre un suiveur 173, commandé par un signal d'adressage de colonnes AdC. Deux cas limites de fonctionnement du dispositif sont donnés en liaison avec les chronogrammes des figures 3B et 3C.
Un cas de fonctionnement limite, est représentatif d'un sous éclairement du détecteur par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou d'une sous-polarisation du détecteur 102, est donné sur la figure 3B. Dans ce cas, lorsque le temps d'intégration Tint est écoulé, les moyens de comptage 140 n'ont pas atteint la valeur N de comptage, ce qui maintient la sortie des moyens commutateurs 161 au potentiel Vnoir (signal S2b restant à Vnoir sur la figure 3C) .
Ainsi, on peut détecter une éventuelle sous-polarisation du détecteur 102 et ajuster l'état de polarisation du détecteur 102 en fonction de cette détection.
Un deuxième cas, de sur éclairement par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou de surpolarisation du détecteur 102, est donné sur la figure 3C. Dans ce cas, lorsque que le temps d'intégration Tint est écoulé, le compteur 145 a atteint la valeur N de comptage, ce qui a bloqué la rétroaction. Les moyens interrupteur 151 des moyens de réinitialisation est alors ouvert, et le condensateur d'intégration 112 continue sa charge et reste chargé lorsque sa charge est terminée. La sortie des moyens de contrôle 120 est mise au potentiel de sortie des moyens intégrateurs 110, qui atteint un potentiel de saturation Vsat.
Ainsi, on peut détecter une éventuelle surpolarisation du détecteur 102 et ajuster l'état de polarisation du détecteur 102, en fonction de cette détection.
Un cas de fonctionnement du détecteur, lorsqu' il est normalement éclairé et normalement polarisé, est donné en liaison avec la figure 3A.
Le début de l'intégration est déclenché par un changement d'état du signal de réinitialisation Sraz .
Puis, un décompte ou un comptage des impulsions du premier signal Si est effectuée.
Chaque impulsion produit une réinitialisation. La rétroaction répétée est stoppée dès lors que les moyens de comptage 140 ont atteint la valeur N de comptage, ce qui est réalisé par un maintien à l'état ouvert des moyens interrupteurs 151 des moyens de réinitialisation 150. Lorsque les moyens de comptage 140 ont atteint la valeur N de comptage, les moyens commutateurs 161 basculent et sont connectés à la sortie des moyens intégrateurs 110. Le condensateur 112 d'intégration continue alors sa charge. Lorsque le temps d'intégration est écoulé, le signal de mémorisation Smem change d'état, de sorte qu'un échantillonnage en sortie des moyens de contrôle est réalisé.
L'amplitude A du deuxième signal S2, qui est dépendante de celle du premier signal Si, est alors mémorisée par l'intermédiaire par exemple du condensateur 172.
L'amplitude A du deuxième signal S2, suit alors la relation suivante :
Idet*Tint=( (N-I) *δV + A) *Cint, avec Idet le courant issu du détecteur et δV l'amplitude des impulsions détectées.
Un deuxième exemple de dispositif microélectronique imageur, en particulier à bolomètres, est représenté sur la figure 4 (seule une partie de 1' imageur, et notamment une cellule élémentaire de
1' imageur, étant représentée sur cette figure).
Cet exemple de dispositif diffère du précédent, notamment de par les moyens intégrateurs 210 dotés cette fois d'un condensateur d'intégration 212, dont les bornes sont susceptibles d'être connectées alternativement à l'entrée inverseuse ou à la sortie d'un amplificateur 114 par l'intermédiaire d'interrupteurs 213a, 213b, 215a, 215b.
L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 114 peut être mise à un potentiel Vcol, compris entre un potentiel Vseuil et un potentiel Vnoir.
Des moyens de contrôle 220 du premier signal Si, délivré en sortie des moyens intégrateurs
210, sont prévus comme dans l'exemple précédent. Ces moyens de contrôle 220 sont prévus, pour mettre en œuvre une détection d' impulsions dans le premier signal, par exemple à l'aide d'un comparateur 131 destiné à comparer la sortie des moyens intégrateurs à un potentiel Vseuil.
Les moyens de contrôle 220 comprennent dans cet exemple, une porte NAND 234 en sortie du comparateur 131, qui, associée à la porte NAND 146 située en sortie du compteur, permet de verrouiller le comptage une fois que le nombre N d' impulsions est atteint. Pour cela, la porte NAND 234 peut avoir une entrée connectée à la sortie de la porte NAND 146 d'indication de fin de comptage, tandis que son autre entrée est connectée à la sortie du monostable 233.
Les moyens de contrôle 220 diffèrent de celui décrit précédemment en liaison avec la figure 2, également de par les moyens de réinitialisation 250.
Les moyens de réinitialisation 250 sont prévus pour, à la suite d'une variation du premier signal Sl sous forme d'une impulsion, faisant varier le signal Sl (le premier signal étant représenté par les courbes S' la, S' Ib, S' Ic, sur les figures 5A, 5B, 5C), appliquer un signal de rétroaction au condensateur 212 de sorte à faire varier le premier signal Si, de manière opposée à ladite variation.
Les moyens de réinitialisation 250 comportent en outre un interrupteur 251 et des moyens 253 pour appliquer un signal de remise à zéro Sraz, les moyens 253 formant par exemple une connexion externe sur laquelle est appliqué le signal de remise à zéro, tel qu'un signal d'horloge de remise à zéro, permettant la remise à zéro des moyens de comptage 240. Les moyens interrupteurs 251 peuvent être commandés par exemple par un signal délivré par la sortie des moyens de comptage 240 et des moyens 253 pour appliquer un signal de remise à zéro Sraz. Un signal Scint aux bornes du condensateur d' intégration est également représenté sur les figures
5A, 5B, 5C.
Dans cet exemple de réalisation, à la suite d'une impulsion du premier signal Sl faisant croitre également le signal Scint, un signal de rétroaction est appliqué au condensateur 212 de manière à faire décroître le signal Scint.
Le signal aux bornes du condensateur ne présente plus dans cet exemple, de discontinuité brutale comme dans le premier exemple de réalisation, ce qui apporte des améliorations notamment en termes de bruit généré lors de l'intégration.
La première paire d'interrupteurs 213a,
213b et la deuxième paire d'interrupteurs 215a, 215b, sont commandées par les moyens de comptage 240, par exemple par le bit de poids faible du compteur 145, par exemple un compteur numérique.
Parmi les interrupteurs, 213a, 213b, 215a,
215b, prévus pour connecter les bornes du condensateur d'intégration 212 à l'amplificateur 114, une première paire d'interrupteurs, 213a, 215a est prévue pour connecter un première borne du condensateur d'intégration 212 alternativement, à la sortie, ou à une entrée inverseuse de l'amplificateur 114, tandis que la deuxième paire d'interrupteurs 215a, 215b, est prévue pour connecter une deuxième borne du condensateur d'intégration 212, alternativement à l'entrée inverseuse, ou à la sortie de l'amplificateur 114.Autrement dit, la première paire d'interrupteurs 213a, 213b est prévue pour connecter à l'entrée inverseuse de l'amplificateur 114 alternativement, une première borne ou une seconde borne du condensateur d'intégration 212, tandis que la deuxième paire d'interrupteurs 215a, 215b est prévue pour connecter la sortie de l'amplificateur 114 alternativement, à la première borne ou à la seconde borne du condensateur d'intégration 212.
A chaque impulsion détectée, l'état, ouvert ou fermé, des interrupteurs 213a, 213b, 215a, 215b, est modifié . La commande répétée de l'ouverture ou de la fermeture des interrupteurs 213a, 213b, 215a, 215b, peut être stoppée dès lors que les moyens de comptage ont atteint le nombre N d'impulsions prédéterminé.
La rétroaction permettant de contrôler les charges et décharges du condensateur 212 d'intégration est ainsi stoppée dès lors que le nombre N d' impulsions a été atteint.
Un cas limite, représentatif d'un sous éclairement du détecteur par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou d'une sous-polarisation du détecteur, est donné sur la figure 5B.
Un autre cas limite, de sur éclairement par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou de sur polarisation du détecteur, est donné sur la figure 5C. Un cas de fonctionnement du détecteur, lorsqu'il est normalement éclairé, est donné en liaison avec la figure 5A.
Le début de l'intégration est déclenché par un changement d'état du signal de réinitialisation Sraz .
Puis, un décompte ou un comptage des impulsions du premier signal Si est effectuée. Chaque impulsion est suivie d'une rétroaction se traduisant par une variation opposée du premier signal.
La rétroaction répétée est stoppée dès lors que les moyens de comptage ont atteint la valeur N de comptage .
Lorsque les moyens de comptage 240 ont atteint la valeur N de comptage, les moyens commutateurs 161 basculent et sont connectés à la sortie des moyens intégrateur 210. Le condensateur 212 d'intégration continue sa charge.
Lorsque le temps d' intégration Tint est écoulé (Tint étant fixe et donc le même pour les 3 exemples de fonctionnements du dispositif donnés en liaison avec les figures 5A-5C, les échelles n'étant pas nécessairement identiques entre ces 3 figures) , à l'instant tfin, le deuxième signal S2 est échantillonné, à l'aide de moyens d'échantillonnage 170.
L'amplitude A' du deuxième signal S2, suit la relation suivante :
Idet*Tint=( (N-I) *2δV + A' ) *Cint, avec Idet le courant issu du détecteur et δV l'amplitude des impulsions détectées. Comme dans l'exemple décrit précédemment en liaison avec la figure 2, une détection de l'état de la sortie de l'étage 220 lorsque le temps d'intégration Tint est écoulé, afin de détecter une éventuelle sur- polarisation ou sous-polarisation du détecteur 102 et ajuster l'état de polarisation du détecteur 102, en fonction de cette détection, peut être mise en œuvre.
Un troisième exemple de dispositif microélectronique imageur, en particulier à bolomètres, est représenté sur la figure 6 (seule une partie de 1' imageur, et notamment une cellule élémentaire de 1' imageur, étant représentée sur cette figure).
Dans cet exemple, la matrice est formée de cellules élémentaires comportant chacune un bolomètre 302, des moyens intégrateurs 310 du courant issu du bolomètre 302, ainsi que des moyens de contrôle 320 qui peuvent être du type des moyens de contrôle 120 décrits précédemment en liaison avec la figure 2.
Dans cet exemple, les moyens intégrateurs 310 comprennent un condensateur d'intégration sous forme d'un transistor 312, par exemple de type MOS, dont la grille est reliée à une entrée des moyens de contrôle 320, et dont la source et le drain sont mises au même potentiel de polarisation, par exemple à la masse électrique.
Cela permet de mettre en œuvre dans chaque pixel les condensateurs et moyens d'intégration. Le potentiel de grille du transistor 312 correspond au premier signal Si contrôlé par les moyens de contrôle 320. Ces moyens de contrôle 320 sont dotés, comme dans les exemples précédents, de moyens de détection des impulsions du premier signal Si comprenant par exemple un comparateur 331, de moyens pour produire des impulsions calibrées comportant un monostable 333.
Les moyens de contrôle 320 comprennent également des moyens de comptage 340 dotés par exemple d'au moins un compteur 345 associé à des moyens formant une ou plusieurs portes logiques 346, 352.
Les moyens de contrôle 320 comprennent également des moyens de réinitialisation 350 dotés par exemple d'un interrupteur 351 susceptible d'appliquer un potentiel Vraz à la grille du transistor 312, consécutivement une détection d'une impulsion du premier signal Sl. La réinitialisation effectuée dans cet exemple peut être ainsi semblable à celle mise en œuvre du premier exemple donné en liaison avec la figure 2. Comme dans les exemples précédents, une intégration peut être déclenchée par un changement d'état d'un signal de réinitialisation Sraz appliqué aux moyens de réinitialisation 350 ou produit par les moyens de réinitialisation 350. Lorsque le temps d'intégration Tint est écoulé, le signal Smem de déclenchement d'échantillonnage change d'état.
Si un nombre N d'impulsions a été détecté, les moyens commutateurs 361 en sortie des moyens de contrôle 320 délivre un deuxième signal, dont l'amplitude dépend de celle du premier signal Si, et peut être dans cet exemple égale au premier signal Sl.
Un premier cas limite, représentatif d'un sous éclairement du détecteur par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou d'une variation de scène trop faible pour pouvoir être détectée par le bolomètre, ou d'une sous-polarisation du détecteur, est donné sur la figure 7B. Dans ce premier cas, lorsque que le temps d'intégration Tint est écoulé, les moyens de comptage 340 n'ont pas atteint la valeur N de comptage, ce qui maintient la sortie des moyens commutateurs 361 au potentiel Vraz (courbe de signal s"2b restant à Vraz sur la figure 7B) .
Un deuxième cas, de sur éclairement par rapport à la gamme de détection du bolomètre ou d'une sur-polarisation du détecteur, est donné sur la figure 7C. Dans ce cas, lorsque que le temps d'intégration Tint est écoulé, le compteur 345 a atteint la valeur N de comptage, ce qui a bloqué la rétroaction. L'interrupteur 351 des moyens de réinitialisation est alors ouvert, et le condensateur d'intégration 312 continue sa charge et reste chargé lorsque sa charge est terminée. La sortie des moyens de contrôle 320 est au potentiel de sortie de l'intégrateur 310. Un cas de fonctionnement du détecteur, lorsqu'il est normalement éclairé, est donné en liaison avec la figure 7A.
Le début de l'intégration est déclenché par un changement d'état du signal de réinitialisation Sraz. Puis, un décompte ou un comptage des impulsions du premier signal Si est effectuée. Chaque impulsion est suivie d'une rétroaction se traduisant par une variation opposée du premier signal. La rétroaction répétée est stoppée dès lors que les moyens de comptage 340 ont atteint la valeur N de comptage, ce qui est réalisé par un maintient à l'état ouvert des moyens interrupteur 351 des moyens de réinitialisation 350. Lorsque les moyens de comptage 340 ont atteint la valeur N de comptage, les moyens commutateurs 361 basculent et sont connectés à la sortie de l'intégrateur 310. Le condensateur 312 d'intégration continue alors sa charge. Le monostable 333 peut être associé à des moyens de verrouillage du comptage des impulsions lorsqu'un nombre d'impulsions N a été compté.
Lorsque le temps d' intégration Tint est écoulé, le signal de mémorisation Smem change d'état, de sorte qu'un échantillonnage en sortie des moyens de contrôle est réalisé. L'amplitude du deuxième signal S2, qui est dépendante de celle du premier signal Si, est alors mémorisée par l'intermédiaire par exemple d'un condensateur 372. Des moyens multiplexeurs 380 peuvent être prévus en sortie des moyens d'échantillonnage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif microélectronique de mesure de rayonnement électromagnétique comprenant : - au moins un détecteur (102, 302) de rayonnement électromagnétique, prévu pour délivrer un courant en fonction de l'intensité du rayonnement détecté,
- des moyens intégrateurs (110, 210, 310) comprenant des moyens formant un condensateur d'intégration (112, 212, 312), destinés à produire en sortie, pendant une durée déterminée dite « temps d'intégration » entre un instant (tO) de début d'intégration et un instant (tfin) de fin d'intégration, un premier signal (Si), d'amplitude et de fréquence variables en fonction dudit courant délivré par le détecteur, sous forme d'une série d' impulsions,
- des moyens de contrôle (120, 220, 320) dudit premier signal, prévus pour délivrer un deuxième signal (S2) et comprenant : des moyens de comptage (140, 240, 340) prévus pour, compter ou décompter chaque impulsion dudit premier signal détectée pendant le temps d'intégration, et indiquer une fin de comptage lorsqu'un nombre N prédéterminé d'impulsions est atteint, les moyens de contrôle étant mis en œuvre pour lorsque le temps de fin d' intégration est atteint et qu'un nombre N prédéterminé d'impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, délivrer un deuxième signal d'amplitude, dépendante de ou égale à l'amplitude du premier signal.
2. Dispositif microélectronique selon la revendication 1, comprenant en outre : des moyens de d'échantillonnage (170, 370), prévus pour mémoriser le deuxième signal (S2) , lorsque la durée d'intégration prédéterminée est écoulée.
3. Dispositif microélectronique selon la revendication 1 ou 2, les moyens de contrôle (120, 220,
320) comprenant en outre : des moyens de détection
(131, 133, 234, 331, 333) des dites impulsions dudit premier signal (Sl).
4. Dispositif microélectronique selon la revendication 1 ou 2, les moyens de contrôle (120, 220, 320) étant en outre mis en œuvre pour : lorsque le temps de fin d'intégration est atteint et qu'un nombre inférieur à N impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage (140, 240), délivrer un deuxième signal (S2) d'amplitude égale à un premier potentiel seuil (Vnoir) .
5. Dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 4, les moyens de contrôle (120, 220, 320) étant en outre mis en œuvre pour : lorsque le temps de fin d' intégration est atteint et qu'un nombre égal à N d'impulsions a été compté ou décompté par lesdits moyens de comptage, délivrer un deuxième signal (S2) d'amplitude égale à un deuxième potentiel seuil atteint par le premier signal (Sl).
6. Dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de contrôle (120, 220, 320) comportent en outre : des moyens commutateurs (161) les moyens commutateurs étant mis en œuvre pour, lorsqu'une fin de comptage est indiquée par lesdits moyens de comptage, commuter entre un premier potentiel seuil (Vnoir, Vraz) , et la sortie desdits moyens intégrateurs (110, 210, 310).
7. Dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens de contrôle comportent en outre : des moyens de réinitialisation (150, 250, 350) agencés pour, pendant le temps d' intégration, consécutivement à chaque impulsion détectée dans le premier signal et tant que le nombre N d'impulsions détectées n'est pas atteint, appliquer un signal dit « de rétroaction », à au moins une borne dudit condensateur d' intégration de manière à faire varier le premier signal de manière opposée à ladite impulsion détectée.
8. Dispositif microélectronique selon la revendication 7, les moyens de réinitialisation étant agencés pour, stopper l'application du signal de rétroaction lorsque le nombre N d' impulsions détectées est atteint.
9. Dispositif microélectronique selon la revendication 7 ou 8, les moyens de réinitialisation comprenant des moyens formant au moins des moyens interrupteur (151), lesdits moyens interrupteur étant commandé par au moins un signal d' indication de début de comptage (Sraz) prévu pour réinitialiser un comptage effectué par les moyens de comptage, et au moins un signal d' indication de fin de comptage généré par les moyens de comptage lorsque le nombre N prédéterminé d'impulsions est atteint.
10. Dispositif microélectronique selon la revendication 7 ou 8, les moyens de réinitialisation comprenant des moyens formant au moins un première paire d'interrupteurs (213a, 231b), et au moins une deuxième paire d'interrupteurs (213c, 23Id), la première paire d'interrupteurs, et la deuxième paire d' interrupteurs étant commandées par les moyens de comptage (145) .
11. Dispositif microélectronique selon la revendication 10, dans lequel le condensateur d'intégration (212) est relié à un amplificateur (114), la première paire d'interrupteurs (213a, 215a), étant prévue pour connecter une première borne du condensateur (212) alternativement à la sortie et à une entrée inverseuse de l'amplificateur, la deuxième paire d'interrupteurs (213b,
215b) , étant prévue pour connecter une deuxième borne du condensateur, alternativement à l'entrée inverseuse et à la sortie de l'amplificateur.
12. Capteur matriciel comprenant un dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 11, ledit détecteur (102) appartenant à une matrice de détecteurs.
13. Capteur matriciel comprenant une pluralité cellules élémentaires, au moins plusieurs des dites cellules comportant un dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 11.
14. Capteur matriciel selon la revendication 13, dans lequel ledit condensateur d'intégration (312) est formé par un transistor.
15. Dispositif microélectronique selon l'une des revendications 1 à 14, le détecteur comportant au moins un bolomètre.
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