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Capteurs numriques CCD & CMOS

2PLAN DU COURS

1 - Historique, domaine dapplication et gnralits

2 Structure dun capteur CCD

3 Principe de fonctionnement

4 Les capteurs couleurs

5 Aberrations

6 Capteurs CMOS

31 Historique, domaine dapplication et gnralits

Les CCDs (Charge Coupled Devices) ont t inventes au laboratoire Bell en 1969 par George Smith and Willard Boyle (prix Nobel de physique 2009).

A lorigine, analogue une mmoire magntique (magnetic bubble memory), mais base dun semi-conducteur (Silicium).

Le CCD nest pas un bon support mmoire

cause du courant dobscurit (bruit thermique).

Le CCD prsente de part son design des avantages certains pour faire des vidos ou des images.

Explosions commerciales partir des annes 80 (CCD type n).

4Camra numrique

Endoscope avec un CCD

Camescope numrique

Appareil pour lire les codes barres

Capteur CCD (une ligne) pour les fax

Observatoires

Kepler (exo-plantes)

Les CCDs sont utilises dans de nombreuses applications (commerciales, mdicales, scientifiques & militaires).

Plusieurs modes de fonctionnement (vido, imagerie)

Exemples :

.

52 Structure dun capteur CCD Un capteur CCD est une matrice de photo-sites permettant de discrtiser une scne.

Un photo-site est une cellule photo-sensible polarisable.

Phase = lectrode

CCDs 2, 3, 4 phases voire 64 phases !

Structure simplifie dun photo-site

+V1 +V2 +V3 Electrodes (Si polycristallin) Oxyde (SiOs)

Canal enterr(Si dop N)

substrat (Si dop P+)

Couche pitaxiale(Si dop P)

photo-site

6Bandes dnergie

Cas du sodium

7Silicium : semi-conducteur

Bande de valence (sature)

Eg

Bande de conduction

(vide)

Bande de valence

Bande de conduction

Chevauchemententre les bandes de

conduction et de valence

Eg

isolant conducteur

Semi-conducteur = proprits intermdiaires entre isolant et conducteur / un e- puisse passer dans la bande de conduction par agitation thermique ou par lapplication dun champ lectrique.

Lorsquun e- passe dans la bande de conduction, une lacune se cre dans la bande de valence. Cette lacune peut tre assimile une particule virtuelle appele trou (charge oppose celle de le-).

Pour le silicium, Eg = 1,12 eV @ 300 K.

8Taille et forme des photo-sites

La capacit dun photo-site est proportionnelle la surface de celui-ci.

De petits photo-sites (qq m) favorisent une meilleure rsolution angulaire, une perte de sensibilit, une diminution de la dynamique et une augmentation du bruit du fait que la capacit de stockage des charges est plus faible.

Cration de nouvelles formes et tailles de photo-sites (octogones = 2,3 x carrs) par Fuji pour rsoudre ce problme.

93 Principe de fonctionnement

1. La gnration de charges

3. La collection et stockage des charges

5. Le transfert de charges (la lecture)

7. La mesure des charges (chane de lecture)

10

a. La gnration des charges

Les interactions des photons avec le silicium du CCD se font dans le domaine photo-lectrique.

Lors de ces interactions, un photon cde toute son nergie un lectron appartenant un atome de silicium.

Ceci donne naissance une ou plusieurs paires lectron (e -)/trou (h)

E

Bande devalence

Bande deconduction

Eg~1,12 eVphoton

photo-lectrontrou

Question : A partir de quelle nergie est-il possible de former des photo-lectrons ?

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Le nombre de paires e-/h formes dpend de lnergie des photons incidents.

Lnergie ncessaire pour produire une paire e-/h est w=3,65 eV pour le silicium T = 300 K.

1 eV (lectron-volt) = 1.6 10-19 J (nergie dun e- voluant dans un potentiel de 1 V)

Question : dans quelle bande spectrale les capteurs CCD peuvent-ils tre utiliss ?

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Lefficacit quantique traduit la capacit dun dtecteur transformer lnergie des photons en charges (lectrons & trous).

Exemples :

Efficacit quantique des camras dXMM-Newton MOS

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Des paires e-/h vont galement tre produites par agitation thermique.

Ces paires constituent un bruit par rapport au signal utile que sont les photo-lectrons.

Ce bruit thermique est appel courant dobscurit (dark current).

Il augmente de manire exponentielle avec la temprature.

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b. La collection et stockage des charges

Aprs interactions des photons avec le silicium, les lectrons sont collectset stocks dans chaque photo-site. Sinon, les charges vont se recombiner au bout dun temps caractristique . Donc,

On collecte les e- en polarisant les lectrodes implantes sur chaque photo-site afin de crer un champ lectrique E.

Seul le signal dlectrons est conserv au niveau du canal enterr.

substrat (E=0)

+V1 +V2 +V3

Rgion dplte ERgion libre de champ (E~0)

(field free region - FF)

t col .

Les charges vont se dplacer sous laction de la diffusion.

La collection des charges dans cette zone nest que partielle.

Les charges vont se dplacer par diffusion sur une distance plus faible (Ldiff,FF > Ldiff,S) et vont pour lessentiel recombiner trs vite (d au fort dopage P) dans le substrat ( part la frontire avec la couche pitaxiale).

Une zone dplte i.e. sans porteurs mobiles (e- et h).

Cette zone est donc non-conductive et agit comme une capacit stockage des e-.

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Le canal enterr agit comme un puits de potentiel qui va permettre de stocker les lectrons.

-V +V -V

E

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Canal enterr permet de piger les lectrons collects proche de la surface du photo-site sans quils puissent diffuser thermiquement vers la zone P et/ou se recombiner avec les dfauts profonds linterface oxyde-Si.

Le puits de potentiel contient la fois des lectrons produits par les photons et lagitation thermique.

Premiers CCDs sans canal enterr problme de recombinaison linterface isolant-Si.

!

17

La capacit des puits de potentiel peut aller de quelques 104 106 lectrons (voire plus).

La dynamique dun CCD correspond au rapport entre lobjet le plus brillant et lobjet le plus faible visibles simultanment dans une scne.

Plus le puits de potentiel est grand et plus la gamme dynamique de la CCD est grande.

Certains CCDs peuvent avoir des gammes dynamiques trs grandes (> 105).

Image dune clairire(zones sombres et lumineuses)

18

Certains CCDs peuvent avoir des gammes dynamiques trs grandes (> 105).

Plus la temprature augmente, plus la capacit du puits diminue.

Le registre a des tailles de puits plus importantes que pour les photo-sites de la matrice par un facteur 2-4.

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c. Le transfert de charges - Lecture Une fois que les charges sont stockes, elles vont tre transfres de photo-sites en photo-sites jusquau noeud de sortie afin de mesurer la charge contenue dans chaque photo-site.

Principe du transfert de charge :

Nud de sortie

Registre de sortie

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Les lectrodes sont couples dun photo-site aux autres.

Ex. : pour un CCD 3 phases, la premire lectrode de chaque photo-site dune colonne est porte un potentiel V1, la seconde V2 et la troisime V3.

Pour dcaler les charges stockes dans le photo-site ligne par ligne, il suffit dalterner la valeur des potentiels V1, V2 et V3.

Les e- sont initialement stocks sous les lectrodes 1 et 2.

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Le cadensement du basculement des tensions de chaque lectrode est contrl par des horloges (tat haut tat bas).

Lensemble des cadensements des horloges constitue un chronogramme.

Plus la phase est grande, plus la synchronisation des diffrentes horloges doit tre prcise.

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Le mouvement des e- dune lectrode lautre se fait par : dcalage auto-induit (champ de rpulsion) diffusion thermique (champ lectrique sur les bords du puits de potentiel - fringing field)

Pour que le processus de transfert de charges soit satisfaisant, il est important de limiter les pertes de charges chaque transfert.

Ceci est mesur par lefficacit de transfert (CTE) ou linefficacit de transfert (CTI) avec CTI = 1 CTE.

Les charges perdues suivent le pixel cible et apparaissent comme des tranes dans limage.

Pour un bon dtecteur, les niveaux de CTE sont entre 0,99999 et 0,999999 pour des paquets de charges > 1000 e-.

Question : Soit un CCD de 103 x 103 pixels et CTE = 0,99999, quel sera le CTE du pixel le plus loign du noeud de sortie ?

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c. La mesure des charges chane de lecture

Lobjectif de la chane de lecture est :

de rcuprer les charges Q de chaque photo-site

de convertir les charges stockes (Q) en signal analogique (tension)

de numriser la valeur analogique grce un convertisseur analogique/numrique (CAN).

Les diffrents tages de la chane doivent tre linaires afin de prserver la relation :

E depQ Vnumero du canal

Schma de principe dun circuit CDS (Corrected Doubled Sample)

La chane de lecture des signaux vido utilise souvent un circuit de type CDS (Correlated Double Sampling).

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Le but essentiel de cette chane est de garantir un rapport signal sur bruit optimum i.e. avoir un bruit de lecture minimum grce un filtrage des bruits basses et hautes frquences (filtrage passe-bande).

Les principales sources de bruits proviennent de la chane lectronique.

Ce sont les bruits blanc, en 1/f et de reset.

La chane assure galement une amplification suffisante pour que le signal de chaque photo-site exploite toute la gamme dynamique du CAN.

La chane assure seulement la numrisation du signal vido (information utile + un offset d au bruit rsiduel).

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* Ltage de pr-amplification

Image obtenue avec un microscope balayage de ltage

de pr-amplification

Cet tage est directement mont la sortie du registre.

Il sert la conversion charge (Q) tension (V).

Processus destructif i.e. perte de la charge stocke Q.

Vout

Vdd

Transistor satur T1

Registre horizontal

Vdr = VREFR

Transistor linaire T2

Cp

Schma lectrique du pr-amplificateur

Diode flottante (sense node)quivalent une capacit CS VSUB

OTG

GD

S

GD

S

RL

-VSS

V/e-

e- e-

T1

T2

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Vout

Vdd

Transistor satur T1

Registre horizontal

Vdr = VREFR

Transistor linaire T2

Diode flottante (sense node)quivalent une capacit CS VSUB

OTG

GD

Cp

S

GD

S

RL

-VSS

V/e-

e- e-

T1 (rgime satur) = 2 tats contrls par R (horloge de reset)

T2 (rgime linaire) pour ladaptation dimpdance

Diode flottante = capacit CS

La sensibilit SV de la diode est gale : SV V /e

=q /CS

R = tat haut T1 passant (fil) et CS se charge Vdr (VREF) Etape de re-ionitialisation de la diode

R = tat bas T1 bloqu (interrupteur) et tension aux bornes de CS constante normalement

T1 bloqu non parfait capacit parasite Cp qui va provoquer une dcharge partielle de CS.

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V 1 Vpalier vido

palier de rfrence

palier de drain de reset

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Le premier tage induit notamment le bruit de reset d aux variations du palier de rfrence lors de la r-initialisation de la diode flottante.

Afin de supprimer ce bruit, la chane inclut un tage appel clamp (serrage en franais).

Cette tage permet de forcer la rfrence (et seulement la rfrence) zro avant la numrisation par le CAN.

Le clamp est contrl au moyen dune horloge clamp.

clamp = tat haut mise zro clamp = tat bas rien

Le clamp est activ avant que la diode flottante ne reoive les charges du registre horizontal.

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La numrisation du signal par le CAN ne doit se faire que lorsque le palier vido est atteint.

Une horloge (can) indique au CAN quand coder.

Le CAN convertit un signal analogique continu en un signal discret et ce de manire rgulire dpendant de la frquence dchantillonnage tel que :

VN=i=0

n1bi2

i

Le codage peut seffectuer sur 8, 10, 12 bits, etc

Plus le nombre de bits utilis pour le codage du signal vido est grand et plus la prcision de codage sera grande.

Il est important de choisir un CAN qui a une dynamique de codage compatible avec la dynamique du CCD.

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Questions : Soit un CCD avec une capacit de 105 e-/photo-site, pour un CAN 15 bits, quelle est la sensibilit du CAN (en e-/DN) ? Mme question pour un CAN 10 bits.

Sachant que CS = 0.1 pF, en dduire la variation de tension ncessaire par canal dun CAN 15 bits et 10 bits.

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3 Les capteurs couleurs

Obtention de couleurs en utilisant les trois couleurs Rouge, Vert & Bleu

3 techniques utilises :

a) Filtre mosaque Bayer

c) Sparation dichroque

e) Mthode squentielle avec roue filtre

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Motif du filter Bayer

a. Filtre de Bayer

Une mosaque de 4 filtres : 2 verts, 1 rouge et 1 bleu repartie sur 4 pixels.

Ajout de micro-lentilles sur chaque photo-site pour augmenter la fraction de lumire reue par les photo-sites.

Ncessit de disposer dun algorithme de dmosaquage pour former limage en couleur.

* Loeil humain

Loeil est compos de cnes qui nous permettent de percevoir les couleurs et btonnets (luminosit).

Loeil possde plus de cnes sensibles au vert que de cnes sensibles au rouge et bleu.

Une mosaque de 4 filtres : 2 verts, 1 rouge et 1 bleu repartie sur 4 pixels.

Ajout de micro-lentilles sur chaque photo-site pour augmenter la fraction de lumire recue par les photo-sites.

Ncessit de disposer dun algorithme de dmosaquage (demosaicing algorithm or color filter array interpolation) pour former limage en couleur.

Avantage : facile implmenter

Dsavantages : Perte de rsolution spatiale Perte de sensibilit car slection dans une bande donne

Motif du filter Bayer

Exemple de reconstruction utilisant un algorithme dinterpolation bi-cubique

Image photographie

Image obtenue par le filtre de Bayer

Filtre vert

Filtre rouge

Filtre bleu

Image reconstruite

Il existe dautres filtres mosaques (2 x 2)

Filtre Cyan, jaune, vert & magenta (CYGM) - Meilleure sensibilit la luminance (flux lumineux) - rendu de couleurs plus approximatif

Filtre Rouge, Vert, Bleu & Emeraude - cyan (RGBE) - rendu des couleurs plus proches de la vision humaine

Il existe dautres filtres mosaques panchromatiques pour augmenter la sensibilit toutes les longueurs donde.

White (sans filtre)

Filtres RGBW de Kodak

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b Mthode squentielle On place une roue filtre (RGB) devant une CCD.

Prise dimages squentielles dans chaque filtre.

Reconstruction de limage couleur via un logiciel.

Avantage : tous les pixels du CCD participent la prise dimages pour un filtre donn Amlioration de la rsolution.

Dsavantages - Perte en sensibilit car slection dans 3 bandes seulement

- Problme pour les prises dimages rapides du fait quil faille faire tourner la roue & temps dexposition.

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c sparation dichroque

Principe du prisme dichroque

Image scene

Sparation de la lumire par un prisme dichroque.

3 CCDs pour observer la lumire provenant du prisme (Rouge, Bleu & Vert).

Logiciel pour recomposer limage couleur.

Avantages : - Meilleure rsolution & sensibilit - Capacit la prise dimages rapide

Dsavantages : - cot plus important car utilisation de 3 CCDs - complexit de mise en oeuvre

* Le capteur CMOS Foveon X3

Capteur CMOS de Foveon dont chaque photo-site contient 3 photo-diodes superposes.

Chacune de ces diodes est sensible une gamme de longueurs donde (bleu, vert et rouge).

Ceci est obtenu car la profondeur dinteraction des photons est dautant plus grande que la longueur donde est grande.

La lecture des charges dans chaque canal permet de reconstruire limage en couleur.

cf. http://www.foveon.com/article.php?a=69

Avantages : La superposition des 3 diodes est < 5m faible aberration chromatique.

Gain en sensibilit car il ny a pas de filtre couleur absorbant une fraction de la lumire incidente. Bmol, chaque canal ne rpond pas de la mme manire.

Pas daliasing chromatique.

Dsavantages : Diffusion des charges possible dans le canal rouge perte de nettet sur les bords. Problme de sparation des couleurs perte dans la prcision de rendu des couleurs, notamment pour le rouge.

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4 Aberrations Il existe plusieurs aberrations et effets qui dgradent la qualit de

limage numrique.

Voici quelques exemples : La non-uniformit de rponse (cf. TP imagerie)

Le bruit thermique et pixels chauds (cf. TPs fonctionnement et imagerie)

Leffet de smearing (cf. TP imagerie)

Le bruit de quantification du CAN

Le bruit d aux interfrences lectromagntiques

Les fuites de lumire (cf. TP imagerie)

Les effets de saturation blooming (cf. TP imagerie)

Laliassage (aliasing)

Les aberrations chromatiques (aliasing chromatique, purple fringing)

Pixel vignetting

Bruit d aux interfrences lectromagntiques

Les connections entre le CCD et la chane lectronique peuvent interfrer par couplage inductif ou capacitif ; ce qui induit du bruit sur limage.

Les ondes lectromagntiques mises par les appareils lectroniques peuvent induire des bruits sur limage.

Les problmes de masse de la chane lectronique peuvent galement crer des interfrences.

Il existe plusieurs techniques permettant de saffranchir de ces interfrences :

le blindage des connections ; le blindage de la camra aux rayonnements lectromagntiques externes ; le dcouplage des diffrents tages de la chane au moyen de capacits de dcouplage.

Image montrant linfluence des interfrences lectromagntiques

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Aliassage

Une image est compose dun ensemble de hautes et basses frquences.

Les hautes frquences spatiales dans une image sont cres soit par des lments de petites tailles, soit par des changements dintensit importants entre pixels contigus.

Image haute frquence obtenue aprs lapplication dun filtre basse-haut

Une camra CCD effectue un chantillonnage de limage observe.

La frquence dchantillonnage de la camra est limite par la dimension des photo-sites p.

La frquence de Nyquist de la camra est : FN = 1/(2p).

Exemple dalias apparaissant dans un signal

Les frquences F dans limage suprieures la frquence de Nyquist de la camra ne seront pas bien chantillonnes par celle-ci.

Ceci gnre des signaux artificiels dans limage avec des frquences F-FN.

Ces signaux parasites sont appels alias et le phnomne est appel aliassage ou aliasing en anglais.

Afin de pallier ce problme, on rajoute souvent un filtre anti-aliassage sur la lentille de la camra.

Ce filtre va diminuer le nombre de hautes frquences spatiales en floutant limage. Le revers de la mdaille est que les bords sont moins nets.

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Mme image prise avec une camra munie dun filtre anti-aliassage et une autre qui en est dpourvue.

Aberrations chromatiques* Aliasing chromatique

Laliassage chromatique est d au filtre couleur prsent sur la CCD.

Une ligne blanche sur un fond noir sera interprte comme une ligne compose de pixels associs aux couleurs primaires du filtre utilis (ici le filtre Bayer).

A lcran, la ligne blanche apparatra alors en couleur !

Illustration sur la photo o lon peut voir que la restitution des couleurs des cheveux nest pas parfaite.

* Purple fringing Le terme purple fringing fait rfrence un type daberrations chromatiques souvent observ en photographie.

Sur les CCDs et les capteurs CMOS, ce type daberrations chromatiques peut avoir plusieurs origines.

Une des causes vient des micro-lentilles utilises pour focaliser la lumire.

Ces lentilles sont en gnral calibres pour focaliser la lumire verte. Les lumires rouge et bleue seront alors incorrectement focalises.

Cest un problme qui est uniforme sur les camras.

Il est plus svre sur les camras avec de petits pixels.

Lautre origine peut venir du dmosaquage dpendant du type dalgo utilis.

Exemple daberration chromatique de type purple fringing

Seam noise

Les CCDs lecture rapide utilisent plusieurs amplificateurs pour la lecture, chacun lisant une portion des charges de la matrice CCD.

Ce type de lecture en parallle est efficace, mais souffre dun problme majeur appel seam noise.

Ce bruit provient du fait que chaque amplificateur prsente ses propres caractristiques de gain, doffset et de non-linarit.

Ceci cre diffrentes zones dans limage numrique (cf. exemple au transparent suivant).

Loeil est trs sensible ce type de bruit. Ainsi, pour une image avec un flux homogne, loeil est capable de dtecter une diffrence de signal entre 2 pixels de seulement 0,2%.

La correction de ce bruit est trs dlicate car il faut compenser pour les diffrences de gain, doffset et de non-linarit.

Image montrant leffet du seam noise pour diffrents rapports signal sur bruit

Bruit de quantification au niveau du CAN Soit un CAN idal, sa fonction de transfert est donne ci-dessous :

Chaque palier de la rponse en escalier du CAN est donn par :

G a les units de DN/V (DN = digital number i.e. un nombre)

Vin est la tension en entre du CAN et NCAN est le nombre de palier du CAN avec NCAN = 2N-1 (N = nombre de bits pour le codage).

Signal dentre (V)Si

gnal

num

riq

ue (D

N)

G=NCANV in

Lorsquun signal analogique (tension) est numris en valeur discrte, une incertitude est introduite au moment du codage. Cette incertitude est le bruit de quantification.

Le bruit de quantification est gal (en e- rms) : QN (e-) = 0,288675 K(e-/DN) avec K le gain ou sensibilit de la camra.

Ce bruit doit tre pris en compte dans le bruit de lecture de la chane analogique.

Le bruit total de la chane est alors donn par : N e =QN2 e +R2e

Images montrant la disparition du bruit de quantification lorsque le bruit de lecture alatoire augmente.

Aug

men

tation

du

bruit

de lec

ture

Aug

men

tation

du

bruit

de lec

ture

Le bruit de quantification devient ngligeable par rapport au bruit de lecture lorsque K (e-/DN) = R (e-).

Le nombre de paliers requis pour coder la charge maximale dun photo-site i.e. Q = SFW (puits plein) est donn par :

Dans ce cas, on a : et NCAN correspond alors la dynamique de la camra CCD.

Le nombre de bits requis pour coder NCAN est :

N CAN=SFWe

K e/DN

N CAN=SFW e

R e

N bit=logNCANlog2

La technologie Complementary Metal/Oxyde/Semiconductor a t invente juste avant les CCDs, mais le faible taux de fiabilit de cette technologie lpoque na pas permis son expansion tout de suite.

La technologie CMOS est maintenant trs bien matrise.

Elle est au coeur de tous les circuits intgrs modernes.

Elle a lavantage dtre bien miniaturisable, de faibles cots et de faible consommation.

Lide de capteurs CMOS en tant que matrice de pixels photo-sensibles remonte ~30 ans.

De nos jours, les capteurs CMOS constituent un concurrent srieux des CCDs.

5 Capteurs CMOS

Comme les CCDs, les capteurs CMOS se prsentent sous forme de matrice de pixels qui vont permettre dchantillonner une scne.

Une diffrence majeure vient du fait que chaque pixel contient une photo-diode (qui sert la conversion photon-charge et au stockage des charges) et un amplificateur qui va permettre de convertir les charges en tension dans le pixel lui-mme.

Linformation de chaque pixel peut ainsi tre lue de manire indpendante sans faire de transfert. Ce qui fait que le temps de lecture est fortement rduit.

Lecture de la charge Q non destructive. Possibilit de faire plusieurs mesures et de moyenner le rsultat afin de rduire le bruit.

Une autre diffrence majeure vient du fait que la photo-diode peut tre constitue dun matriau autre que le silicium. Ceci permet une grande versalit dapplications diffrentes longueurs donde.

Comparaison entre capteurs CCD et CMOS

Lutilisation de la technologie CMOS permet dintgrer une camra complte (matrice, scanners horizontal & vertical, CAN, etc) sur un mme support silicium.

Exemple dun APS 3T (gauche) et dun SCA 3-D (droite)

Lutilisation damplificateurs par pixel impose que leurs caractristiques ne sont par trop diffrentes de pixels pixels afin dviter une non-uniformit de rponse (fixed pattern noise) trop importante.

Pour pallier ce problme, les fabricants intgrent directement sur la matrice des chanes de type CDS pour supprimer le bruit de reset (kTC noise) et rduire fortement la non-uniformit de rponse.

Dans certains cas, il est utile de rajouter des circuits externes pour corriger les dfauts de non-uniformit.

Mode de lecture

Schma montrant les modes de lecture principaux des capteurs CMOS actuels

Capteur CMOS monolithique (APS)

Diode flottante

SF = Montage suiveur(adaptation dimpdance)

Schma de 2 types dAPS utilisant 3 transitors 3T (gauche) et 4 transistors 4T (droite)

Le capteur CMOS est dit monolithique lorsque la photo-diode et le circuit de lecture sont faits base de silicium. On parle alors dActive Pixel Sensor ou APS.

Leur sensibilit est limite au visible et proche IR. Ils sont oprs en front-illuminated rduction de lefficacit quantique.

Les capteurs 4T et 3T utilisent normalement un obturateur glissant.

Le capteur 4T utilise une chane type CDS. Le facteur doccupation de la photo-diode sur un pixel est

Exemple dun APS 3T

Capteur CMOS hybride (Sensor Chip Assembly - SCA)

Les capteurs CMOS hybrides sont composs de 2 parties :

Une matrice de pixels assurant la collection des charges

Le circuit de lecture (Readout integrated circuit - ROIC)

Les 2 parties sont relies grce des liaisons en Indium (Indium bump interconnection)

Les photo-diodes peuvent tre faites dans un matriau diffrent que le silicium (cf. le prochain transparent).

Leur efficacit quantique est trs bonne.

Le taux doccupation de la photo-diode est 100%.

Ils existent dans des formats suprieurs 1000 x 1000.

Image dun Indium bump

Obturation La prsence dAPS par pixel rend lutilisation dobturateur mcanique inutile sur les capteurs CMOS.

On utilise la place un obturateur lectronique : type instantan (scnes avec mouvements rapides) ou type glissant (scnes lentes ou statiques).

Schma expliquant le fonctionnement dun obturateur instantan (gauche) et glissant (droite)

Lutilisation dun obturateur glissant (rolling shutter) peut crer des aberrations :

dformations de limage effet de gele (jello effect) vibration de limage exposition partielle (pour des mouvements rapides et des flashs de lumire)

Images montrant des dformations

Images montrant leffet de lexposition partielle

cf. votre tlphone portable