Réalisation d'un capteur d'image pour une application en spectroscopie de réflexion

RESUME L’utilisation de la spectroscopie de reflexion a apporte beaucoup de solutions dans le domaine biomedical et plus particulierement la mesure du niveau de saturation d’oxygene dans le sang de la retine. Le sang dans la retine constitue aussi un bon site pour la mesure du tau d’oxygenation dans le cerveau, puisque le cerveau et les yeux partagent la meme artere et donc la meme source d’oxygenation. Ce qui rend la mesure du tau d’oxygenation tres vital et la technique de spectroscopie de reflexion utile pour cette application. Dans ce projet, nous proposons une amelioration dans cette technique. Un capteur d’image est rajoute au systeme de sorte a pouvoir imager la region a evaluer avec la spectroscopie de reflexion. Ce capteur d’image contient une fibre optique inseree sur sa face arriere. Cette derniere est aussi connectee a un spectrographe, et donc au dispositif d’evaluation du sang de la retine. Pour arriver a cela, nous developpons un procede de gravure profonde de silicium sur la face arriere du capteur d’image. Comme la dimension du capteur d’image ajoute des contraintes de micro-fabrication, la technique classique de photolithographie ne correspond pas dans ces conditions. Par consequent, des techniques de micro-fabrications ont ete explorees et un procede de gravure a ete mis en œuvre. En plus de la micro-fabrication, la conception du circuit integre-capteur d’image est realise dans ce projet. Des solutions ont ete proposees pour s’adapter electroniquement aux contraintes physiques que le trou impose sur la face arriere du capteur d’image. La matrice de pixels est divisee en quatre sous matrices independantes et le mode de lecture est modifie pour l’adressage et la lecture de chaque pixel. A la fin de ce projet, les resultats experimentaux du capteur d’image ainsi que les ameliorations pour les projets futurs seront proposes. ----------ABSTRACT Reflectance spectroscopy has brought many solutions in the field of biomedical engineering, especially for the measurement of retinal oxygen saturation in the human blood. Retinal blood constitutes also a good site for the brain oxygen saturation measurement, since the brain and the eyes share the same source of blood supply. This makes the oxygen saturation measurement very vital and the reflectance spectroscopy very useful for this purpose. In this project, we suggest an improvement in the reflectance spectroscopy measurement technique; we propose to add an image sensor so we can image the region to evaluate. This image sensor contains an optical fibre inserted at its back side, this way the image sensor would be connected to a spectrograph via its optical fibre. To achieve this, we develop a deep etching technique at the silicon level in the back side of the image sensor. The integrated circuit size added some constraints; the classical photolithographic technique is not fit for our application. As a consequence we elaborated a new combination of etching techniques. The area of the integrated circuit is few millimetres square, and the size of the optical fibre is a few micrometers square only. The design of the integrated circuit is also done in this project. The presence of a hole at the back side of the image sensor adds some design constraints. The pixel array is divided into four independent pixel arrays each of them are addressed and read out separately. Post processing on the image sensor is realized to adapt an optical fibre in its back side. And finally we present some experimental results including images acquired with the image sensor and propose some future improvements.