Capteur CCD

I. Introduction Le capteur CCD (Charge-Coupled Device)est un composant lectronique servant convertir un rayonnement lectromagntique (Ultra-violet , Lumire visible , ou Infrarouge) en un signal analogique. Le signal analogique est ensuite numris en utilisant un convertisseur analogique-numrique. Ces capteurs fonctionnent grce leffet photolectrique qui consiste convertir un photon (constituant de la lumire) en lectrons (signal analogique).

La conversion est excellente car prs dun photon sur deux produit un lectron. Le lieu ou se fait la conversion du photon en lectron est un photo-site.

Capteur CCD

Principe du capteur CCD

II. Constitution dun photo-site La structure dun photo-site est donne ci-dessous :

Si p : Silicium de type P ; Si n Silicium de type n ; SiO2 : Oxyde de Silicium (qui a la proprit dtre isolant)

Le capteur CCD est fabriqu sur un disque de silicium trs pur. Les proprits lectriques de ce silicium sont modifies par la prsence dimpurets qui ont t apports en quantit parfaitement contrl lors de la fabrication.

Sous leffet du rayonnement lectromagntique (lumire), il apparait dans le silicium des lectrons dont la quantit dpend de la quantit de lumire reue. Le photo-site ne fait pas de distinction concernant la couleur de la lumire. Afin de diffrencier les couleurs, un filtre optique est plac sur le photo-site.

Trois filtres sont utiliss qui correspondent trois couleurs : le rouge , le bleu et le vert.

III. Filtre de Bayer Lensemble des filtres pour les trois couleurs forme le filtre de bayer

Filtre de Bayer

Rgulirement des amliorations sont apports au capteur afin den amlior la sensibilit en augmentant la surface active. Ces amliorations sont obtenues par exemple en modifiant la forme des pixels ou en changeant la nature des lectrodes (qui se trouve tre au dessus du pixel) pour obtenir une meilleur transparence la lumire.

Exemple :

Changement de la forme des capteurs : les pixels ont une forme octogonale qui a volu au cours des amliorations (HR, SR, SR II )

Fujifilm a conu un nouveau capteur ou la forme des photo-sites nest plus carr mais hexagonale ce qui permet de mettre plus de pixels dans une mme surface.

Utilisation dlectrode en oxyde dindium dtain plus transparente au bleu augmente les performances.

IV. Transfert de charge En modifiant le potentiel sous une grille on peut de proche en proche dplacer les charges dun photo-site lautre afin de les extraire du capteur.

En utilisant la technique dcrite plus haut les charges sont dplaces vers le bas de ligne en ligne. Puis elles sont rcuprer dans un registre en faisant un dcalage

V. Les diffrents types de capteurs

1. Le CCD plein cadre (full frame) Chaque photo-site participe la dtection de la lumire Avantages :

Grandes sensiblit Incovnient :

Ncessite lutilisation dun obturateur mcanique pour permettre la rcupration des charges lectriques

2. Le CCD a transfert de trame IL utilise deux matrices de photo-sites. Une de ces deux matrices est expos la lumire , elle sert la dtection Des photons. Lautre est masque ,elle est utilise pour assurer le transfert des charges. Avantage :

Transfert plus rapide des charges lectriques. Incovnient :

Diminue par deux la surface utile la dtection engendrant une rsolution plus faible.

3. Le CCD interligne Il associe une photodiode chaque cellule CCD .Il permet de mieux reproduire la lumire visible sur tout son spectre.

4. Conclusion Le capteur fournit donc un signal analogique, en effet chaque photo-site a fournit une quantit dlectron proportionnel la quantit de lumire reue.

VI. Conversion analogique numrique Le signal pour pouvoir tre exploit par les circuits numriques de la camra doit-tre numris grce un convertisseur analogique numrique intgr au capteur.

Capteur CCD Grandeurs analogiques

Convertisseur

Analogique

numrique

Grandeurs numriques

Annexe

Spectre de la lumire