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Languages: French
Types: Article
Subjects: Dispositif à transfert de charges, CCD, Capteur d'images à pixels actifs, APS, Double échantillonnage corrélé, Imagerie faible flux, 621
Ce travail porte sur l'optimisation d'un système d'imagerie (capteur d'images silicium + chaîne électronique de lecture) en vue d'applications à haute sensibilité, dans le visible et le proche infrarouge. Le faible flux reçu par le capteur se traduit par un bruit statistique Poissonnien important. A ce bruit se rajoutent les bruits propres, blancs et colorés, de la chaîne électronique d'acquisition qui fait suite au capteur. Le rôle de cette chaîne est d'extraire du signal à la sortie du capteur l'information utile en filtrant au mieux le bruit. Différentes chaînes d'acquisition ont été étudiées et comparées expérimentalement. On a pu mettre en évidence la nécessité de choisir la chaîne, suivant les caractéristiques spécifiques de bruit du capteur. Une nouvelle chaîne de lecture basée sur l'utilisation d'un filtre passe-bande commutable est proposée. Le rapport S/B à la sortie de cette chaîne est comparé théoriquement et expérimentalement avec celui des autres chaînes existantes (double intégrateur et multiple échantillonnage), elle s'avère plus avantageuse dans certains cas. Le modèle théorique de cette chaîne tient compte de l'évolution temporelle du rapport S/B à la sortie du filtre passe-bande, qui travaille en régime non stationnaire. La deuxième partie de la thèse est consacrée à l'étude et la conception de capteurs d'images à pixels actifs (ŸAPS). Deux structures photosensibles sont étudiées : la photodiode et le photoMOS. Une réalisation de trois matrices photodiode et photoMOS (32x32 éléments photosensibles, CMOS 1,2 microns) et une caractérisation complète de ces matrices a été effectuée. Les mesures (rendement quantique spectral, facteur de conversion, bruit spatial et temporel, linéarité, ...) ont permis de confirmer qu'il est possible d'utiliser la technologie CMOS pour réaliser des capteurs d'images performants destinés à l'imagerie faible flux. En particulier, il ressort de notre étude que la structure photoMOS est la mieux adaptée pour cette application. A new correlated double-sampling (CDS) method for low-noise CCD signal acquisition is presented. The method is based on the utilization of an active band-pass filter with adjustable frequency characteristics. The derivation of a mathematical model to simulate the signal-to-noise ratio for a given CCD output noise characteristic (white noise and 1/f noise) is presented. The model considers the non-stationary nature of the signal at the sampling instant. Theoretical results are compared with experimental data and the noise-performance of this approach is compared with other CDS methods now in use. Thereafter, the Active Pixel Sensor (APS) concept is studied. This concept, which combines the high sensitivity of CCD detector structures with advanced analog and digital circuitry in standard CMOS, is well suited for low-light-level applications due to low readout noise and the possibility of using large pixels without charge transfer efficiency problems asin CCDs. Two detector structures are studied theoretically and experimentally : the photodiode and the photogate. A test circuit in 1.2 micron CMOS has been developed including three 31x32 APS sensors with photodiode and photogate pixels as well as on-chip CDS readout circuitry. Their sensitivity, in terms of signal-to-noise ratio, is compared in order to determine which structure is best suited for low-light-level applications.
  • No references.
  • No related research data.
  • No similar publications.

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