Contribution à la conception de capteurs de vision CMOS à grande dynamique

Cette thèse, effectuée dans le cadre du projet Européen MEDEA+, PICS, porte sur la conception d imageurs CMOS destinés aux applications de sécurité automobile et de surveillance. Le travail s est focalisé sur l amélioration de la dynamique de fonctionnement des imageurs CMOS tout en conservant des valeurs de bruit spatial fixe, une consommation et une surface de pixel minimales. Plusieurs solutions ont été explorées, les pixels à compresseur logarithmique, les pixels à temps d intégration et les pixels intégrant une adaptation aux conditions lumineuses. Ces études ont abouties à la conception et la fabrication de quatre imageurs CMOS. Ces capteurs ont été testés et ont permis de valider les approches choisiesThis thesis, carried out within the MEDEA + European project PICS, dealt with the design of CMOS imagers for automotive safety, security and professional broadcast applications. During this thesis, work was focused on improving the CMOS imager dynamic range while keeping minimal values for the fixed spatial noise, the power consumption and the pixel area. Several pixel architectures were investigated such as logarithmic architecture pixels, integration pixels and integration with light adaptive system. These studies resulted in the design of four CMOS imagers. Two circuits have been prototyped. The sensors performances obtained by test validate the proposed pixel architecturesGRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Contribution à la conception de capteurs de vision CMOS à grande dynamique

Cette thèse, effectuée dans le cadre du projet Européen MEDEA+, PICS, porte sur la conception d imageurs CMOS destinés aux applications de sécurité automobile et de surveillance. Le travail s est focalisé sur l amélioration de la dynamique de fonctionnement des imageurs CMOS tout en conservant des valeurs de bruit spatial fixe, une consommation et une surface de pixel minimales. Plusieurs solutions ont été explorées, les pixels à compresseur logarithmique, les pixels à temps d intégration et les pixels intégrant une adaptation aux conditions lumineuses. Ces études ont abouties à la conception et la fabrication de quatre imageurs CMOS. Ces capteurs ont été testés et ont permis de valider les approches choisiesThis thesis, carried out within the MEDEA + European project PICS, dealt with the design of CMOS imagers for automotive safety, security and professional broadcast applications. During this thesis, work was focused on improving the CMOS imager dynamic range while keeping minimal values for the fixed spatial noise, the power consumption and the pixel area. Several pixel architectures were investigated such as logarithmic architecture pixels, integration pixels and integration with light adaptive system. These studies resulted in the design of four CMOS imagers. Two circuits have been prototyped. The sensors performances obtained by test validate the proposed pixel architecturesGRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Integrated low-level processing : implementation of an adaptative function to light conditions in a CMOS image sensor

Ce papier présente un état des travaux effectués ces dernières années dans notre groupe de recherche sur les systèmes intégrés d'adaptation aux conditions lumineuses. Le but de ces systèmes est de proposer, pour une même scène, un histogramme invariant en sortie de matrice, et ce quelle que soient les conditions lumineuses moyennes. Deux architectures différentes sont présentées et deux circuits ont été fabriqués. « Imagyne 2 » propose une solution pour des applications bas coût type grand public tandis que « Imagyne 3 », plus complexe, cible plutôt les applications de type industrielles. Ces circuits ont été fabriqués en technologie AMS CMOS 0,35μm

Fluorescent magnetic bead and cell differentiation/counting using a CMOS SPAD matrix

We present a monolithic silicon chip comprising a matrix of 84 single photon avalanche diodes (SPADs) to detect and discriminate fluorescent beads or fluorescently labeled single cells in a polydimethyl(-siloxane) (PDMS) cartridge that is positioned on top of the chip. Our detection is based on the different photon count when either a fluorescent or non-fluorescent bead or cell is present above a SPAD, due to the additional photons emitted from a fluorescent object. Our technique allows microscope-less fluorescence detection and permits easy exchange of the disposable microfluidic cartridge. We first demonstrate the working principle of our device by counting and discriminating fluorescent from non-fluorescent 3, 6 and 10 μm magnetic beads, which are commonly used as versatile mobile carriers for separating a target analyte from a matrix via magnetic forces in microfluidic lab-on-a-chip systems. We then apply our system to count and discriminate fluorescently-labeled MCF-7 breast cancer cells from unlabeled Jurkat cells mixed in a phosphate buffer saline (PBS) solution. Our device is robust and does not need complex microfluidic handling to achieve cell count without the need of external fluorescence detection bulky equipment

Monolithic Silicon Chip for Immunofluorescence Detection on Single Magnetic Beads

While fluorescence detection is widely used for bioassays owing to its high sensitivity, a complete fluorescent microscopy setup, comprised of a light source, optical filters, a microscope body, and a camera, still is bulky equipment, compromising its use in a point-of-care environment. Here we propose an integrated monolithic silicon chip for integrated magnetic manipulation and optical detection of fluorescently labeled magnetic beads. Our approach permits microscopeless measurement of the fluorescence of a single microparticle. We demonstrate the viability of this approach by the detection of cancer biomarker 5D10 monoclonal antibodies (mAbs) in a noncompetitive sandwich immunoassay performed on the surface of magnetic beads, in a phosphate buffered saline−bovine serum albumin (PBS−BSA) solution, with a detection limit of 1 ng mL−1