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 au niveau de chaque photosite. Le nombre d'électrons collectés est proportionnel à la quantité de lumière reçue.
La technologie CCD a été spécialement développée, il y a plus de 20 ans pour le cinéma, et donc pour l'industrie des caméras. Il est de meilleur qualité qu'un capteur CMOS notamment au niveau de sa sensibilité à la lumière qui permet un meilleur rendu d'image même en sous-exposition.
Principe de fonctionnement. Les capteurs d'images transforment des photons en charge électrique par effet photoélectrique. À la différence des capteurs CCD (Charge-Coupled Device), les capteurs CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) transforment les charges déjà sur le pixel, en tension.
Sans lui, pas d'appareil photo ni de caméra moderne : le capteur est au cœur de la prise de vue. C'est lui qui reçoit la lumière et permet de lire l'image formée par l'objectif. Sa taille et sa technologie ont donc un impact majeur sur la qualité de vos photos.
Un capteur photographique CCD est un capteur photographique basé sur un dispositif à transfert de charges (charge coupled device, CCD). Dans les scanners de documents et beaucoup d'autres applications similaires, les dispositifs sont linéaires ; ils passent transversalement sur l'objet à explorer.
Comment fonctionnent les capteurs
Un capteur convertit la grandeur physique à mesurer en une grandeur électrique et traite cette dernière de telle manière à ce que les signaux électriques puissent être facilement transmis et traités en aval.
Les premiers capteurs CCD sont nés dans les laboratoires d'AT&T et Bell en 1969. Cette invention a valu à ses concepteurs Willard Sterling Boyle et George Elwood Smith le prix Nobel de physique en 2009, très contesté par la suite (écouter le podcast "Who Deserves Credit for the Nobel-Prize-winning CCD?").
Il faut pourtant attendre 1969 pour voir naître le premier capteur de 100 x 100 pixels de technologie CCD. Le prototype est développé dans les Bell Labs par Willard S. Boyle et George E. Smith qui reçoivent eux aussi un prix Nobel en 2009 pour leurs recherches.
Les avantages et inconvénients du capteur CMOS
Les capteurs CCD avaient la réputation de fournir une meilleure qualité d'image en haute et basse sensibilité ainsi qu'une meilleure stabilité des performances. Mais les capteurs CMOS actuels sont, en termes de bruit de lecture, beaucoup plus performants.
Les capteurs CMOS sont apparus au début des années 1990. Ils permettent notamment une conversion de la charge directement sur la photosite de génération par la présence d'un amplificateur sur le pixel. Cette particularité permet également de supprimer de nombreux transferts et d'accroitre la vitesse de lecture.
Objectif : un capteur CCD convertit un rayonnement électromagnétique en signal électrique grâce à des photodiodes. L'intensité du courant délivré par la photodiode est proportionnelle à l'éclairement lumineux reçu par le capteur.
Un capteur numérique se compose de photosites, plus ou moins nombreux selon sa taille et sa définition. Ils mesurent la quantité de lumière (les photons) reçue à un endroit précis afin de créer et canaliser un courant électrique (les électrons) pour mesurer l'intensité lumineuse dans les différents points de l'image.
Les capteurs de type “plein format” — ou capteurs 24×36
Les capteurs plein format ont une diagonale de 43mm. Ce sont les plus grands capteurs qui équipent les appareils photos numériques les plus couramment vendus sur le marché.
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 au niveau de chaque photosite. Le nombre d'électrons collectés est proportionnel à la quantité de lumière reçue.
Un capteur CMOS (« complementary metal-oxide-semiconductor ») est composé de photodiodes, à l'instar d'un CCD, où chaque photosite possède son propre convertisseur charge/tension et amplificateur (dans le cas d'un capteur APS).
un photocapteur ou partie photosensible, qui n'est qu'une matrice à deux dimensions de pixels. Le photocapteur comprend d'autres structures électroniques tels des drains d'évacuation, des portes et des stoppeurs permettant ou non le transfert des charges.
Ces derniers sont de deux sortes : les récepteurs sensibles à la luminosité : les bâtonnets et ceux sensibles aux couleurs : les cônes. En une partie très petite de la rétine, la fovéa (centre de la macula), la concentration en cônes est importante.
Casio présente le premier appareil photo numérique avec écran à cristaux liquides qui montre l'image en temps réel et sauvegarde le cliché en mémoire le 14 novembre 1994. Le premier véritable appareil numérique compact destiné au grand public est le Casio QV10 sorti en 1995.
Ces petits photosites étant moins sensibles que s'ils étaient bien gros et dodus, ils captent donc moins de lumière. Le signal électrique qu'ils fournissent doit par conséquent être amplifié, cela, d'autant plus que la sensibilité ISO sera élevée.
Les capteurs analogiques servent à transformer une grandeur physique en un autre type de variation d'impédance , de capacité, d'inductance ou de tension. Un signal est dit analogique si l'amplitude de la grandeur physique qu'il représente peut prendre une infinité de valeurs dans un intervalle donné.
« Canon produit des capteurs CMOS depuis 2000 pour un usage exclusif au sein des produits Canon. S'appuyant sur cette expertise, Canon a décidé de lancer des ventes externes, afin de collaborer avec diverses industries« , indique Canon Asia.
Le but d'un capteur est de convertir la lumière (photons) en signal électrique (électrons). Pour cela les capteurs des appareils photographiques possèdent des cellules photosensibles appelées photodiodes.
Ton cristallin (« lentille » de ton œil) contribue à focaliser les rayons lumineux. Ta rétine est une surface photosensible située au fond de ton œil. Elle enregistre une impression visuelle, c'est-à-dire une image de ce que tu regardes.
L'autre avantage des gros photosites est d'apporter une meilleure dynamique. Ce qui permet d'avoir plus de détails dans les parties les plus sombres et les plus claires de la photo. Là réside essentiellement l'avantage des gros capteurs par rapport aux petits. Pour un nombre de pixels équivalent.
On note qu'il y a deux fois plus de photosites "verts" que de rouges et de bleus : cela permet de compenser une caractéristique de la vue humaine, plus sensible au vert-jaune qu'aux autres couleurs. Pour chaque pixel, un seul "canal" (rouge, vert OU bleu) est enregistré.