On distingue quatre grandes technologies de capteurs : les CCD, CMOS, Super CCD et Foveon. Les plus répandus actuellement, tant sur les boitiers professionnels qu'amateurs en petit format sont les CMOS. Les technologies Super CCD et Foveon sont très marginalement utilisées, respectivement sur les boitiers Fuji et Sigma. Les capteurs CCD ont progressivement été remplacés par des CMOS dans les reflex, en revanche ils restent essentiellement utilisés dans les dos numériques (grand format de capteur). La séparation des informations de couleurs se fait systématiquement à l'aide de filtres, soit en sélectionnant une seule information par photosite, soit en enregistrant l'information en profondeur (Foveon).

Les CCD (Charge Coupled Device) ou DTC (Dispositif à transfert de charges)

L'évacuation des charges produites dans chaque photosite pour la conversion en données numériques se fait par transfert de charges d'un puits de photosite au suivant et ainsi de suite (flèches jaunes et blanches) en direction du CAN (Convertisseur Analogique Numérique). Cette étape doit se faire dans l'obscurité d'où l'utilité de l'obturateur. Ces capteurs sont les premiers à avoir été utilisés dans les appareils photo et vidéos, car ils offraient alors la meilleure qualité, notamment en rapport signal/bruit car les photosites sont assez larges. Un photosite trop petit perd en sensibilité (et donc augmente le bruit), trop grand, il limite la définition et la finesse des détails.
Les photosites font la capture de l’image, et, selon le type de capteur CCD, stockent et transfèrent les données, ou celles-ci transitent via une zone entre les lignes de capture.

capteur cmos BSI schéma explicatifLes CMOS

À la différence des CCD, le transfert de charge (conversion de la charge en tension électrique et amplification) est pris en charge au niveau de chaque photosite par un transistor dédié. Il n'y a donc pas de transfert d'un puits à un autre et la lecture est plus rapide, permettant des cadences de capture plus élevées.

En revanche, ils sont moins sensibles et présentent un rapport signal/bruit plus bas, aujourd'hui compensé par un traitement interne du bruit.
Les capteurs CMOS étaient à l'origine destinés aux appareils amateurs, fabriqués en grande quantité, donc moins chers. C'est le choix qu'a fait Canon, dès le départ, produisant lui-même leurs capteurs et comptant beaucoup sur le traitement de l'image en sortie de capteur, étape cruciale pour tous les capteurs de toute façon. Il offre aussi l'avantage d'une dynamique plus étendue, plus résistant au blooming (débordement de lumière d'un photosite ébloui dans les photosites voisins) et il consomme moins d'énergie que son concurrent, le CCD.

Les CMOS FSI et BSI

Dans le cas des capteurs classiques, dits d'illumination par l'avant (Front Side Illuminated ou FSI), la lumière traverse des couches qui peuvent bloquer ou faire dévier la lumière incidente vers des pixels voisins. La quantité de lumière enregistrée est affaiblie, cela est problématique surtout en faible lumière.

La technologie d'illumination par l'arrière (Back Side Illuminated ou BSI ) consiste à réduire la profondeur du puits et maximiser la surface d'enregistrement des rayons lumineux. Les couches, qui avaient tendance à dévier les rayons lumineux, sont sous la matrice photo-sensible. Le chemin vers la lumière est ainsi plus court, ce qui optimise la récupération des rayons lumineux dans le bon puits photo-sensible. Cette technologie permet de diminuer la taille du photosite pour une même sensibilité (qu'un capteur FSI), on les trouve dans les compacts (Sony depuis 2009) et dans des smartphones.  

 

Le capteur FOVEON

300C'est une technologie développée par la marque Foveon et intégrée aux boitiers Sigma, le SD15 étant le dernier en date. Il s'agit d'un capteur de type CMOS modifié, c'est le seul capteur qui s'affranchisse d'une mosaïque de Bayer. Il exploite un autre phénomène pour capter les différences de couleur : la pénétration plus ou moins profonde de la lumière dans le silicium en fonction de sa longueur d'onde. C'est une sélection trichrome assez proche, dans le principe, du film argentique. L'absence du filtre de Bayer évite les artefacts colorés (photographie de tissus par exemple) et permet à l'appareil d'avoir une résolution optique élevée.

La montée de bruit est généralement plus rapide du fait de l'acquisition des différentes couleurs (R, V et B) en profondeur. La définition du capteur est moins importante que sur les capteurs concurrents : le SD15 dispose de 4,8 millions de photosites.

Le Super CCD

300Développé par Fuji, et intégré dans un reflex pour la dernière génération avec le S5 pro. C'est un capteur basé sur le principe du transfert CCD mais présentant deux caractéristiques particulières :
- Les photosites de forme octogonale optimisant le rapport d'ouverture (bruit moins important) et permettant une interpolation en nombre de pixels plus important : le boitier propose une taille 12 millions de pixels alors qu'il n'en fait réellement que 6 millions

- Sur la génération SR, chaque photosite était constitué de 2 puits : un grand nommé S et un petit nommé R dont le rôle est d'enregistrer les plus basses lumières. La technologie a évolué (SR II) en dissociant les puits S et R comme indiqué sur le schéma pour limiter les zones aveugles à l'acquisition.
Le but de ce capteur était d'étendre la dynamique de capture qui fait défaut en numérique (si on photographie directement en JPeg) au détriment du nombre de pixels. Aujourd'hui, Il semblerait que la production et le renouvellement de ces capteurs soient arrêtés.


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