Aubade-Photos

Avec un capteur classique on trouve  les micro lentilles, puis le filtre de Bayer RVB qui est chargé de transmettre les couleurs. Ensuite les transistors, et les photos-diodes (photosites) qui capturent la lumière.
Avec un capteur rétro-éclairé le substrat est placé avant la couche des transistors, ce qui fait que la lumière n’est plus obstruée et la puce capture mieux la lumière.
Cette structure connue depuis un moment n’était guère utilisée car elle a tendance à augmenter le bruit des images et à avoir une incidence sur les couleurs. Cependant Sony qui a mis au point de nouveaux capteurs basés sur cette technique et dit avoir trouvé le moyen de pallier à ces défauts :
En 2008 Sony développe un capteur CMOS rétro éclairé qui double la sensibilité en conservant de faibles niveaux de bruits. Cette amélioration des performances a été obtenu en éclairant le substrat de silicium par l’arrière, contrairement aux capteurs classiques CMOS éclairés par l’avant.

Voici ce que Sony dit de son dernier capteur CMOS Exmor R :
Les capteurs traditionnels utilisent la technologie d’illumination avant. Les circuits câblés bloquent en partie la trajectoire de la lumière lorsqu’elle se dirige vers les zones de réception du capteur, réduisant ainsi la quantité totale de lumière qui atteint le récepteur. Dans des conditions de faibles luminosité, les signaux du capteur doivent être amplifiés de manière électronique pour compenser la perte de luminosité.

Le capteur Exmor R utilise la technologie d’illumination arrière qui permet le repositionnement des couches afin que le récepteur lumineux ne soit pas bloqué par le circuit cablé. La lumière entre directement dans les zones de réception du capteur sans qu’aucun câble ne se trouve sur sa trajectoire. Avec plus de lumière, le besoin d’amplification des signaux est moindre. Le processeur d’image s’occupera quant à lui d’optimiser les temps de réponse tout en bloquant le bruit.

Les capteurs CMOS rétro-éclairé de Sony n’avaient pas jusqu’à présent montré une réelle supériorité par rapport au CMOS classiques, mais le dernier capteur pour réflex APS-C de 16 millions de pixels né en 2010 semble être une réelle réussite. Ce capteur équipe entre autres le Nikon D7000 et le Pentax K-5 dont on connait les excellents résultats en hautes sensibilités.

Petit historique :

CCD

Des améliorations sont régulièrement apportées aux capteurs CCD (Charge Coupled Device) de façon à en améliorer la sensibilité en augmentant la surface active :

Les capteurs classiques sont au départ des CCD Sony ou Canon qui évoluent dans le temps, puis Fuji apporte des innovations intéressantes notament au niveau de la gestion du bruit dans les images :

• Dans les super-CD HR (Fujifilm) chaque photosite possède une surface octogonale ;
• Puis (Fujifilm, 2004) les photosites sont dédoublés en un élément de grande taille « S » et un élément plus petit « R » qui étend la dynamique vers les hautes lumières (de 2 bits) en deux générations successives, SR et SR II ;
• Le super-CCD HR (Fujifilm, 2005) bénéficie d’électrodes plus fines qui diminuent la profondeur des « puits » des photosites qui reçoivent donc une plus grande proportion de la lumière .

CMOS

Les capteurs CMOS (Complementary metal oxide semi-conductor) sont apparus dans les années 80, à la suite des matrices de photodiodes, comme résultat de l’intégration de cellules composées d’une photodiode et d’une logique d’amplification puis d’obturation. Ils sont plus complexes à fabriquer mais sont produits selon des techniques classiques de micro-électronique et de ce fait peuvent recevoir plus de pixels (jusqu’à 24 mégapixels). Ils sont aussi moins gourmands en énergie que les capteurs CCD. De plus, il est possible d’y intégrer des circuits de traitement de l’image. Ils sont généralement utilisés pour les appareils reflex. Parmis les avantages des capteurs CMOS : Une meilleure résistance à l’éblouissement et donc un meilleur rendu des hautes lumières et une dynamique plus étendue, une vitesse de lecture plus rapide, une consommation électrique plus faible.

De la même façon que beaucoup de CCD, les capteurs CMOS pour image couleur sont associés à un filtre coloré et un réseau de lentilles, encore plus nécessaire vu la faible surface relative de la photodiode, seule zone sensible.

En 2007 Canon annonce construire une nouvelle usine de production de capteurs CMOS pour équiper compacts et réflex.

Un peu plus tard Sony commence aussi à fabriquer des capteurs CMOS à la place des CCD pour les compacts. La plupart des compacts de quelque marque que ce soit intègre des capteurs Sony dans leurs boitiers compacts. Cela ne veut pas dire que tous les compacts seront égaux en qualité d’image, le traitement interne y étant aussi pour beaucoup.

En août 2009 Sony fabrique des capteurs CMOS rétro-éclairés pour les compacts, les capteurs « Exmor R ».

Panasonic construit lui-même de manière industrielle les processeurs ou DSP (ordinateurs intégrés à l’appareil photo numérique), qui portent le nom de Venus Engine, les capteurs CCD, les batteries, les écrans par l’intermédiaire de sa filiale Toshiba. Panasonic fabrique lui-même les capteurs de ses micro 4/3.

Samsung fabrique ses propres capteurs.

Sigma fait appel à un capteur Fovéon de sa fabrication pour ses boitier DP1x et DP2x.

Canon fabrique ses propres CMOS pour ses boitiers réflex mais utilise les capteurs Sony dans la plupart de ses compacts, Nikon et Pentax équipent leurs réflex et leurs compacts de capteurs CMOS Sony.

 Les réflex sont équipés de capteurs CMOS et bientôt tous les compacts seront équipés de capteurs de ce type, le CCD est voué à disparaitre.

Expérience :

CMOS le plus grand du monde t ele plus sensible :

Après avoir établi un record de définition avec un capteur au format APS-H capable d’enregistrer des clichés de 120 millions de pixels, Canon récidive en septembre 2010 avec un nouveau record concernant les capteurs en présentant le CMOS 120 millions de pixels, le plus grand du monde. En effet, ce dernier ne fait pas moins de 20 cm de côté, mesurant précisément 20,2 x 20,5 cm. Ce qui représente une surface de l’ordre de 50 fois celle d’un capteur plein format (24 x 36 mm) qui est lui même environ 30 fois plus grand qu’un capteur de compact.

Avec une telle taille, ce capteur sera capable de saisir la lumière comme aucun autre et c’est d’ailleurs sur la sensibilité que Canon a mis l’accent, plutôt que sur la définition. Si bien que ce capteur est capable d’enregistrer une vidéo à 60 images par seconde avec un éclairement de seulement 0,3 lux, quand une nuit de pleine lune produit 0,5 lux. Pour simplifier, Canon explique que ce capteur se satisfait de 100 fois moins d’exposition à la lumière que les plus sensibles des capteurs 24 x 36 mm.

Avec des coûts de production extrêmement élevés, ce capteur ne sera pas commercialisé. Il s’agit seulement d’une expérience.