Analyse et modélisation de la fonction de transfert de modulation des capteurs d'images à pixels actifs CMOS

par Magali Estribeau

Thèse de doctorat en Microélectronique, capteurs d'images

Sous la direction de Pierre Magnan.

Soutenue en 2004

à École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007) .

mots clés

• Diaphonie de diffusion
• Caractérisation optique
• Capteurs (technologie) -- Thèses et écrits académiques
• Système APS (photographie) -- Thèses et écrits académiques
• Fonction de transfert optique -- Thèses et écrits académiques
• Capteurs d'images CMOS -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Cette thèse est consacrée à l'analyse et à la modélisation de la Fonction de Transfert de Modulation (FTM) des capteurs d'images à pixels actifs (APS) CMOS. La FTM, indicateur de la qualité de l’image fournie par le système optique ou électo-optique, représente le contraste restitué par le système à une résolution donnée. Après avoir vérifié les conditions d’applicabilité de cette notion aux capteurs d'images, nous nous intéressons au modèle analytique de FTM issu du monde des CCD. Il tient compte, de façon simplifiée, de la géométrie des pixels et des mécanismes de diffusion des charges photogénérées. Ce modèle n'est pas suffisamment représentatif des pixels CMOS dont la topologie et, par conséquent, les phénomènes de diffusion sont beaucoup plus complexes. La FTM de tels pixels ne peut donc être facilement modélisée ce qui rend nécessaire de pouvoir la mesurer et de mener des investigations afin d'identifier les facteurs qui l'influencent. Plusieurs méthodes de mesure de la FTM sont étudiées et comparées grâce à la mise en place d’un banc de caractérisation dédié. Les nombreux avantages liés à l'utilisation de la méthode normalisée ISO 12233 sont ainsi démontrés. Dans un but de modélisation de la FTM, deux détecteurs matriciels spécifiques ont été développés. Ils permettent ainsi d'identifier et de quantifier les phénomènes entrant en jeu dans la dégradation de l'image: la participation de la zone active au signal, la dissymétrie de la diaphonie. . . Ces résultats, dont la pertinence est confrontée aux mesures de FTM, permettent d'identifier des solutions tendant à améliorer la FTM des pixels des capteurs CMOS : masquage optique, utilisation de micro-lentilles. . .

Titre traduit

Analysis and modeling of modulation transfer function of CMOS-APS image sensors

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