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Thèse soutenue

Étude et conception de capteurs d'images à pixels actifs et de l'électronique de traitement associée en vue d'applications faible flux

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Auteur / Autrice : Johannes Solhusvik
Direction : Jean Farré
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique - Optronique
Date : Soutenance en 1996
Etablissement(s) : Toulouse, ENSAE

Résumé

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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 Poissonien 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 échantillonage), 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 àpixels actifs (APS). 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.