Capteur photographique

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Capteur photographique
Des capteurs semblables sont utilisés dans différents équipements : caméras diverses, caméscope, scanner notamment. Cet article est consacré à ceux utilisés pour la photographie. Un capteur photographique est un composant électronique photosensible servant à convertir un rayonnement électromagnétique (UV, visible ou IR) en un signalélectrique analogique. Ce signal est ensuite amplifié, puis numérisé par un convertisseur analogique-numérique et enfin traité pour obtenir une image numérique. Le capteur est donc le composant de base des appareils photo numériques, l’équivalent du film en photographie argentique. Le capteur photographique met à profit l’effet photoélectrique, qui permet aux photons incidents d’arracher des électrons àchaque élément actif (photosite) d’une matrice de capteurs élémentaires constitués de photodiodes. Il est nettement plus efficace que la pellicule : jusqu’à 99 % (en théorie) et près de 50 % (en pratique) des photons reçus permettent de collecter un électron, contre environ 5 % de photons qui révèlent le grain photosensible de la pellicule, d’où son essor initial en astrophotographie. Deux grandesfamilles de capteurs sont disponibles : les CCD et les CMOS. Les CCD sont surtout utilisés dans les appareils compacts et de plus en plus délaissés dans les reflex. Les appareils reflex quant à eux, utilisent majoritairement des capteurs CMOS (en 2009).

Différenciation par types de capteurs
Les capteurs CCD
Le CCD (Charge-Coupled Device, ou dispositif à transfert de charge) est le plus simple àfabriquer, a une bonne sensibilité, mais, du fait de son principe, le transfert de charge est relativement lent. Inventé par George E. Smith et Willard Boyle dans les Laboratoires Bell en 1969 (cette invention leur rapportera le Prix Nobel de physique en 2009), il a rapidement été adopté pour des applications de pointe (imagerie astronomique) puis popularisé sur les caméras et appareils photo.Un capteur CCD.

Capteur photographique Principe Un CCD transforme les photons lumineux qu’il reçoit en paires électron-trou par effet photoélectrique dans le substrat semi-conducteur, puis collecte les électrons dans le puits de potentiel maintenu à chaque photosite. Le nombre d’électrons collectés est proportionnel à la quantité de lumière reçue. À la fin de l’exposition, les charges sonttransférées de photosite en photosite par le jeu de variations de CCD « à transfert interligne », transfert de charge suivant la flèche verte potentiel cycliques appliquées aux grilles (bandes conductrices horizontales, isolées entre elles par une couche de SiO2) jusqu’au registre horizontal (Lancer une animation). Elles sont transformées en tension, proportionnelle au nombre d’électrons, dans lacapacité d’une diode « flottante ». Ce signal sera, à l’extérieur du CCD, filtré par un circuit à « double échantillonnage corrélé » avant d’être amplifié et numérisé. Ces électrodes sont isolées par une couche de SiO2, complétée par l’action d’une fine zone dopée « n », le « canal enterré » (buried channel), du substrat de type « p ». Trois types de CCD se sont succédé et coexistent toujours : • LeCCD « plein cadre » (full frame) : où l’ensemble de la surface contribue à la détection. C’est le plus sensible mais il présente plusieurs inconvénients : • les électrodes (grilles) en silicium polycristallin circulent au-dessus de la couche photosensible et absorbent une part importante de la partie bleue du spectre (0,35-0,45 micromètre) ; • il nécessite un obturateur externe pour permettre lecycle de transfert de charge sans illumination ; • il est très sensible à l’éblouissement (blooming). Quand un photosite déborde, il inonde ses voisins. Pour pallier cet inconvénient, il peut être équipé d’un dispositif dit « drain d’évacuation de charges » (LOD-Lateral Overflow Drain) qui élimine les électrons en trop plein des photosites et limite la propagation de l’éblouissement, mais…