CCD

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  1. 1. GEII S3 - P3 Physique des capteurs - CCD Syst`mes de transmission e F. Morain-Nicolier http://pixel-shaker.fr frederic.nicolier@univ-reims.fr CRESTIC - URCA/IUT Troyes 12 octobre 2009 1
  2. 2. Prix Nobel de Physique - 2009 Les maˆ ıtres de la lumi`re e Charles K. Kao Willard S. Boyle George E. Smith 2 2/30
  3. 3. Charles K. Kao R´alisations concernant la transmission de la lumi`re dans des fibres pour la e e communication optique. 3 3/30
  4. 4. Willard S. Boyle & George E. Smith L’invention d’un circuit semi-conducteur destin´ ` l’imagerie, le capteur CCD. ea 4 4/30
  5. 5. Applications cam´ra num´rique e e scanners APN (et t´l´phones portables) ee astrophotographie 5 5/30
  6. 6. Applications cam´ra num´rique e e scanners APN (et t´l´phones portables) ee astrophotographie 6 5/30
  7. 7. Applications cam´ra num´rique e e scanners APN (et t´l´phones portables) ee astrophotographie 7 5/30
  8. 8. Applications cam´ra num´rique e e scanners APN (et t´l´phones portables) ee astrophotographie 8 5/30
  9. 9. Vikink Lander 1 : premi`re photo prise ` la surface de mars - 20 juillet 1970. ˜ e a 4500 clich´s, certains encore exploit´s aujourd’hui. e e 9 6/30
  10. 10. A quoi ressemble la puce ? Ouvrons un t´l´phone portable ee 10 7/30
  11. 11. CCD 1970 : CCD = Charge Coupled Device ⇒ Syst`me ` transfert de charges e a 1984 : premi`re cam´ra CCD professionnelle e e couleur. groupe de cellules juxtapos´es qui e communiquent entre elles, ⇒ une cellule se charge, puis se vide dans sa voisine. cellule = photocapacit´ MOS. e 11 8/30
  12. 12. La photocapacit´ MOS e 12 9/30
  13. 13. La photocapacit´ MOS e m´tal e oxyde / s.-c. dop´ P e ) 13 9/30
  14. 14. La photocapacit´ MOS : polarisation e + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 14 10/30
  15. 15. La photocapacit´ MOS : polarisation e + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 15 11/30
  16. 16. La photocapacit´ MOS : polarisation e ++ + + + + + + + + + + + + + 16 12/30
  17. 17. La photocapacit´ MOS : accumulation e hν + -f f ++ ~ + + + + + + + + + + + + + 17 13/30
  18. 18. La photocapacit´ MOS : accumulation e + -f f ++ + + + + + + + + + + + + + 18 14/30
  19. 19. La photocapacit´ MOS : accumulation e -f -f -f -f -f -f -ff f f f -f -f -f -f -f ++ + --f--f--f--f + + + + + + + + + + + + 19 15/30
  20. 20. CCD : principe il faut transmettre les charges pour lib´rer la cellule pour qu’un nouveau cycle e puisse commencer. 20 16/30
  21. 21. CCD : principe il faut transmettre les charges pour lib´rer la cellule pour qu’un nouveau cycle e puisse commencer. 21 16/30
  22. 22. CCD : principe il faut transmettre les charges pour lib´rer la cellule pour qu’un nouveau cycle e puisse commencer. 22 16/30
  23. 23. CCD : principe 23 17/30
  24. 24. CCD : principe 24 17/30
  25. 25. Types de CCD R´tines CCD ` transfert int´gral de trame « FULL FRAME » (FFT CCD). e a e R´tines CCD ` transfert de trame (FT CCD) e a R´tines CCD « interligne ». e 25 18/30
  26. 26. Capteur Full Frame Transfert Les lignes Lignes CCD verticales jouent ` la fois le a rˆle de capteurs de lumi`re o e et de moyen de transmission des charges. Grand rendement, fill factor 100% obturation optique pendant le transfert de charge. 26 19/30
  27. 27. Capteur Frame Transfert second jeu de lignes CCD, masqu´es par une couche e m´tallique opaque. e le transfert est rapide. Pas d’obturation optique n´cessaire. e fill factor 100% 27 20/30
  28. 28. Capteur Interligned des cellules aveugles sont intercal´es entre les rang´es e e verticales fill factor baisse sensiblement Plusieurs r´solutions e possibles. 28 21/30
  29. 29. CCD : acquisition de la couleur 29 22/30
  30. 30. CCD : acquisition de la couleur 30 22/30
  31. 31. Filtre de Bayer Respecte la sensiblit´ de l’oeil. e 31 23/30
  32. 32. Filtre de Bayer filtrage compos´ de 50% de vert, 25% de rouge et 25% de bleu qui donne son e nom au codage obtenu « 4 :2 :2 :RGB » 32 24/30
  33. 33. acquisition de la couleur : tri-CCD et Fov´on e Principe du prisme 33 25/30
  34. 34. acquisition de la couleur : tri-CCD et Fov´on e Principe du prisme Fov´on e 34 25/30
  35. 35. Caract´ristiques principales des CCDs e 35 26/30
  36. 36. Caract´ristiques principales des CCDs e 200nm ` 1200nm (environ), max dans le bleu-vert a 36 Sensibilit´ dans l’infrarouge suit l’´paisseur de la zone photosensible e e 27/30
  37. 37. Non Uniformit´ de la r´ponse photonique des pixels e e 37 28/30
  38. 38. Courant d’obscurit´ e 38 29/30
  39. 39. CCD : smearing 39 30/30
  40. 40. CCD : smearing 40 30/30
  41. 41. Biblio Ouvrages “Acquisition et visualisation des images” A. Marion, Eyrolles , “Les secrets de l’image vid´o” P. Bella¨ e , ıche, Eyrolles 41 31/30

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