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Tout comprendre des capteurs de vos appareils photo et smartphones
Que ce soit pour un smartphone pour la photo, un appareil photo numérique (APN), une action cam ou un drone, le premier réflexe est d’aller vérifier les caractéristiques du capteur photo qui l’anime. La plupart du temps, le marketing s’en charge pour vous. Plus grand, plus rapide, plus fort : le bonheur photographique pour une poignée de mégapixels en plus ! Un discours des gros nombres qui tente souvent de se soustraire aux réalités techniques, le mieux n’étant pas forcément l’ami du bien. Alors, pour ne pas vous laisser embobiner, un petit tour d’horizon de l’état de l’art s’imposait.
Le capteur photo est un composant électronique à base de silicium, de cuivre et de verre chargé de collecter la lumière issue de l’objectif et de la convertir en information électrique. Dans la chaîne de production de l’image, c’est ensuite au processeur de traitement d’image de convertir ce signal analogique en information numérique (avec des 0 et des 1). Pour collecter la lumière, le capteur est divisé en de multiples petits puits de lumière, appelés photosites, généralement carrés, dont la taille est exprimée en microns (µm) voire en nanomètres (nm). L’information issue de chaque photosite individuel devient, après passage à la moulinette du processeur, un pixel (picture element) constitutif de l’image. La bonne délimitation des photosites fait l’objet de nombreuses innovations, comme le montre notamment Samsung et ses capteurs Isocell passés en génération 2.0 début 2021.
Tout comme l’halogénure d’argent qui constitue les pellicules, le silicium du capteur photo est capable de réagir à la lumière. On dit alors d’eux qu’ils sont photosensibles. Là où l’argentique utilise une réaction chimique pour former une image, c’est la propriété du silicium de produire un signal électrique lorsqu’il est soumis à la lumière qui est exploitée dans nos capteurs d’APN et de smartphones. Notez que des recherches sont en cours pour développer des capteurs photo dont le substrat ne serait plus des atomes de silicium (Si), mais des atomes de la chimie organique (carbone C, azote N, hydrogène H, oxygène O), d’où le nom de « capteurs organiques ».
Pour transporter l’électricité en dehors du capteur de l’appareil photo et lui permettre de communiquer avec les autres composants, il est doté de pistes électroniques, généralement en cuivre, plus rarement en argent, en or ou en aluminium. Enfin, tout ce beau monde est recouvert par de multiples couches de verre aux rôles bien distincts. De l’extérieur vers l’intérieur :
Ces dernières années, avec l’avènement des hybrides, vous croiserez de plus en plus souvent des capteurs photo dont certains photosites sont dédiés à la gestion de l’autofocus, mais cela ne change rien à l’architecture de base.
Jusqu’à la prochaine révolution technologique, cette architecture de base et le fonctionnement qu’elle implique sont communs à tous les capteurs dédiés à la photographie et la vidéo numérique, qu’il s’agisse d’un capteur pour smartphone, pour appareil photo, pour webcam, pour drone, pour caméra de surveillance ou pour satellite d’espionnage militaire. La variété des capteurs que vous rencontrerez se situe donc ailleurs. Qu’est-ce qui les différencie alors ? Nous allons le voir tout de suite.
À partir de cette architecture commune, divers types de capteurs cohabitent dans nos APN et smartphones et cela est amené à évoluer au gré des innovations technologiques.
Les capteurs CCD (Charge-Coupled Device) ont été les premiers développés. Réputés produire des couleurs très intenses, vibrantes et fidèles, ils ont néanmoins complètement disparu de la circulation et ont été supplantés par les capteurs CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Ceux-ci ont su tirer leur épingle du jeu grâce à leur plus faible consommation électrique, ce qui a permis de les implanter dans des appareils nomades, de plus en plus compacts. Peu à peu, les capteurs photo CMOS sont parvenus à égaler puis dépasser la qualité d’image des CCD, même si les