Les capteurs pour l imagerie planétaire, lunaire et solaire. Frédéric Jabet

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1 Les capteurs pour l imagerie planétaire, lunaire et solaire Frédéric Jabet

2 Solaire planétaire ciel profond Frédéric Jabet Karine Chevalier Frédéric Jabet Ciel profond + Rendement quantique + Bruit de lecture + Signal/bruit de noir + Sensibilité ligne HA Planétaire (sauf Lune) + Rendement quantique + Bruit de lecture + Réponse en R/IR Solaire / Lunaire + Bruit de lecture + Dynamique + Débit d image Cela peut être le même capteur (ex ICX285) Pas la même électronique

3 Les caractéristiques des capteurs et caméras à connaître et comprendre

4 Les spécifications importantes d une caméra 1/3 Rendement quantique Efficacité dans la conversion entre photons et électrons Varie en fonction de la longueur d onde Dépend du capteur et de sa version Capacité en électrons (well depth) Participe à la dynamique Dépend du capteur et de la taille des photosites

5 Les spécifications importantes d une caméra 2/3 Shutter mode Méthode de lecture des lignes Rolling shutter : pas de cohérence temporelle, moins de bruit de lecture Global shutter : cohérence temporelle, demande une meilleure électronique Vitesse de lecture Vitesse à laquelle les charges des photosites sont transférées vers les registres Dépend du capteur et de la caméra Joue sur le bruit de lecture Photosites/s ou (M)Hz

6 Les spécifications importantes d une caméra 3/3 Bruit de lecture Bruit généré lors de la lecture/amplification/conversion des charges Donné en électrons RMS Dépend du capteur, de la caméra et du type de shutter (rolling/global) Dynamique Capacité à discriminer hautes et basses lumières Dynamique = capacité en électron / bruit de lecture Dépend du capteur et de la caméra Données en bits ou db Ex ICX445 : 6900/9,6 = 718 niveaux de gris ,5

7 En résumé Un bon signal/bruit Pourquoi? Plus d accentuation Renforcement des contrastes Comment? Débit (interface) Sensibilité Bruit de lecture Bonne électronique De figer la turbulence De la dynamique Pourquoi? Acquisition des faibles contrastes Modelé (mers lunaires) Comment? Bruit de lecture faible Capacité en e- Quantification 12 bits Pourquoi? Limiter la perte de résolution Facilité le morphing Comment? Sensibilité Mode de shutter Débit

8 Comprendre la photodiode et les capteurs Emmanuel Beaudoin, C14, Basler 1300

9 Synoptique CCD et CMOS sont constitués de photodiodes Fuji

10 Fonctionnement d une photodiode Photon incident Jonction NP (charge négative/électron positive/trou) : potentiel électrique Les photons arrachent un électron aux atomes du substrat Les électrons sont capturés par le champ de potentiel Plus la longueur d onde est élevée et plus le photon pénètre profondément dans le capteur Charge Silicium N Silicium P Electrode Isolant

11 Capteur CCD / CMOS Wikipedia La spécificité du capteur CCD est le transfert des charges vers les étages de lecture. Transfert des charges colonne par colonne Le CMOS comporte une amplification par jonction et une structure matricielle En général un ADC par colonne Toute l électronique est sur le capteur E2V

12 Potentiel Capteur front illuminated classique Le potentiel décroît rapidement : la depletion zone (zone de potentiel élevé de la jonction) est étroite Un électron généré trop profondément ne sera pas capturé mais se recombine avec le substrat : cas du R/IR

13 Les technologies qui améliorent les performances Emmanuel Claude Navarro, Beaudoin, Basler Basler

14 Potentiel Capteur front illuminated thinned Le capteur est aminci pour améliorer le niveau de potentiel et donc le rendement quantique La perte d électron à l entrée est faible : meilleure sensibilité dans le bleu Les photons R/IR traversent le substrat

15 Potentiel Capteurs deeply depleted L épaisseur du capteur est augmentée Un silicium dopé à haute résistance électrique permet de maintenir le potentiel élevé L épaisseur permet d éviter la perte de photon dans R/IR Baisse de sensibilité dans le bleu Coût de fabrication élevé

16 Comparaison standard/deep depletion CMOSIS CMV4000 : 5 et 12µm E2V 76C560 et 76C661 NIR

17 Frontside/Backside illumination Document E2V/DGA Inversion électronique/puit de potentiel Suppression éventuelle des µlentilles Coût de revient plus élevé Meilleur rendement Ouverture numérique supérieure Meilleure MTF

18 Comparaison FI/BI sur base E2V 76C560

19 Le rolling shutter Permet de réduire la vitesse de lecture unitaire tout en conservant le débit global Réduction du bruit de lecture Coût inférieur Absence de cohérence temporelle Les lignes ne sont pas acquises en même temps Deux images N et N+1 exposées en même temps Gênant si exposition cohérence turbulence T 0 =R 0 / Vitesse vent R0 faible de jour : T0 < ms Absence de cohérence entre les lignes d une même image Utilisable si exposition >> cohérence turbulence

20 Le rolling shutter Capteur rolling shutter 4ms E2V 76C560 Capteur global shutter 4ms E2V 76C560 Images traitées (stacking / ondelettes)

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