Rétines courbes : une approche bio-inspirée de simplification et miniaturisation des systèmes infrarouge

Si dans les cameras actuelles, les matrices de photodetection sont planes, dans la nature, aucune surface focale n'est plane : la retine est soit concave (œil humain), soit convexe (œil d'insecte). Ces architectures offrent deux solutions de miniaturisation et de simplification des systemes de detection, qui ont fait l'objet des travaux de cette these. La courbure concave du detecteur permet de supprimer l'aberration de courbure de champ qui est particulierement presente dans les instruments grand champ. L'etude theorique de cette solution, etayee par des applications concretes, a permis de demontrer la simplification des architectures accessibles par cette approche, ainsi que les ameliorations en termes de performances optiques. La courbure convexe permet quant a elle de miniaturiser les systemes grand champ, en s'inspirant de l'œil compose des petits invertebres. Cette architecture, constituee de groupes de pixels relies par une metallisation souple, a ete realisee sur une matrice de detecteurs infrarouge en CdHgTe. Les composants obtenus sont fonctionnels et comparables en termes de performances aux valeurs standard. Ils ouvrent a la voie a des architectures grand champ extremement compactes. L'originalite du travail a porte sur la mise en forme spherique de composants monolithiques, dont la couche active n'est pas modifiee, permettant ainsi de produire des systemes avec un taux de remplissage de 100%. Apres une etude de la souplesse d'echantillons de silicium aminci, le procede de courbure a ete transfere sur des composants fonctionnels: circuit de lecture Si-CMOS et matrice de micro-bolometres infrarouge. La courbure concave des matrices de detection infrarouge de type micro-bolometres, a mene a la realisation de deux cameras. La premiere, constituee de deux lentilles du commerce, a permis de comparer les systemes composes des detecteurs plan et courbe. Le gain lie a la courbure spherique de la retine sur l'uniformite de la reponse impulsionnelle a ete prouve grâce aux mesures de la fonction de transfert de contrastes (FTC). Enfin, a l'image d'un œil humain, un œil infrarouge compose d'une seule lentille et d'une matrice de micro-bolometres courbee en concave a ete realisee. La qualite des images obtenues, ainsi que la FTC mesuree, ont mis en evidence le potentiel des plans focaux courbes pour des systemes ultra-compacts, inenvisageables jusqu'a ce jour.