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Un appareil photo intégré sur une puce

10 décembre 2013, 14:38
Un appareil photo intégré sur une puce
Un appareil photo intégré sur une puce

Le centre de recherche en nanoélectronique de Louvain a réalisé avec succès l’intégration de pixels CCD avec un circuit de lecture CMOS. Ceci ouvre de nouvelles possibilités dans la conception de capteurs d’image de type TDI pour les applications d’imagerie spatiales, industrielles et médicales.

A Toulouse, à l'atelier Capteurs d'image CMOS pour applications hautes-performances, un prototype de capteur d'images TDI (Time Delay Integration, ou intégration temporelle) haute-performances basé sur une technique à base de pixels CCD (Charge Coupled Device, ou dispositif à transfert de charge) embarqué avec un circuit de lecture en technologie CMOS sera présenté. Imec a conçu et fabriqué ce capteur pour le compte de l'agence spatiale française, CNES, qui prévoit d'utiliser cette technologie pour l'observation de la Terre depuis l'espace.

 

Ce capteur d'image prototype combine une matrice de pixels CCD TDI sensibles à la lumière, à une électronique de lecture CMOS. La matrice de pixels CCD assure de hautes performances en termes de niveau de bruit grâce au transfert de charge intrinsèque à l'intégration temporelle, couplée avec une technologie CMOS qui permet d'intégrer sur la même puce des circuits de lecture complexes, à la fois très rapides et à faible consommation.

 

Un capteur d’image TDI est un dispositif d’acquisition d’images linéaire qui utilise une synchronisation intelligente du mouvement linéaire de la scène et plusieurs échantillonnages de la même image, augmentant ainsi le rapport signal sur bruit de façon inégalée. Les capteurs CCD conviennent particulièrement bien aux imageurs TDI, car les photons reçus dans leur pixels créent un flux d’électrons lu par le circuit de lecture du capteur dans le domaine des charges. Contrairement à une technologie de pixel CMOS où le flux de photons est converti en électrons puis lu par un circuit de lecture embarqué dans chaque pixel individuel de la matrice de photo-réception, le mouvement de transfert de charge des pixels CCD associé à la technique TDI permet une lecture d’un signal intensifié sans souffrir du bruit additionnel du circuit de lecture d’un pixel CMOS conventionnel. En combinant une matrice de pixels TDI et un circuit de lecture CMOS sur la même puce, Imec a en quelque sorte produit un "appareil-photo-sur-une-puce" ou un "imager sensor SoC" (System on Chip, ou système sur puce) à fort niveau d’intégration. En effet, la technologie CMOS permet d'intégrer sur le silicium même du capteur d’images une importante partie de l'électronique de lecture associée, notamment les drivers d'horloge et les CAN (convertisseurs analogique-numérique), qui fonctionnent beaucoup plus rapidement et à une consommation très inférieure à ce qu’il est possible d’obtenir avec les technologies d’imagerie CCD traditionnelles.

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