Capteur CCD

Capteur CCD
I.
Introduction
Le capteur CCD (Charge-Coupled Device)est un composant électronique servant à convertir un
rayonnement électromagnétique (Ultra-violet , Lumière visible , ou Infrarouge) en un signal
analogique. Le signal analogique est ensuite numérisé en utilisant un convertisseur analogiquenumérique. Ces capteurs fonctionnent grâce à l’effet photoélectrique qui consiste à convertir un
photon (constituant de la lumière) en électrons (signal analogique).
La conversion est excellente car prés d’un photon sur deux produit un électron. Le lieu ou se fait la
conversion du photon en électron est un photo-site.
Capteur CCD
Principe du capteur CCD
II.
Constitution d’un photo-site
La structure d’un photo-site est donnée ci-dessous :
Si p : Silicium de type P ; Si n Silicium de type n ; SiO2 : Oxyde de Silicium (qui a la propriété d’être
isolant)
Le capteur CCD est fabriqué sur un disque de silicium très pur. Les propriétés électriques de ce
silicium sont modifiées par la présence d’impuretés qui ont été apportés en quantité parfaitement
contrôlé lors de la fabrication.
Sous l’effet du rayonnement électromagnétique (lumière), il apparait dans le silicium des électrons
dont la quantité dépend de la quantité de lumière reçue. Le photo-site ne fait pas de distinction
concernant la couleur de la lumière. Afin de différencier les couleurs, un filtre optique est placé sur le
photo-site.
Trois filtres sont utilisés qui correspondent à trois couleurs : le rouge , le bleu et le vert.
III.
Filtre de Bayer
L’ensemble des filtres pour les trois couleurs forme le filtre de bayer
Filtre de Bayer
Régulièrement des améliorations sont apportés au capteur afin d’en amélioré la sensibilité en
augmentant la surface active. Ces améliorations sont obtenues par exemple en modifiant la forme
des pixels ou en changeant la nature des électrodes (qui se trouve être au dessus du pixel) pour
obtenir une meilleur transparence à la lumière.
Exemple :

Changement de la forme des capteurs : les pixels ont une forme octogonale qui a évolué au
cours des améliorations (HR, SR, SR II )
Fujifilm a conçu un nouveau capteur ou la forme des photo-sites n’est plus carré mais hexagonale ce
qui permet de mettre plus de pixels dans une même surface.

IV.
Utilisation d’électrode en oxyde d’indium d’étain plus transparente au bleu augmente les
performances.
Transfert de charge
En modifiant le potentiel sous une grille on peut de proche en proche déplacer les charges d’un
photo-site à l’autre afin de les extraire du capteur.
En utilisant la technique décrite plus haut les charges sont déplacées vers le bas de ligne en ligne.
Puis elles sont récupérer dans un registre en faisant un décalage
V.
Les différents types de capteurs
1. Le CCD plein cadre (full frame)
Chaque photo-site participe à la détection de la lumière
Avantages :
 Grandes sensiblité
Incovénient :
 Nécessite l’utilisation d’un obturateur mécanique
pour permettre la récupération des charges
électriques
2. Le CCD a transfert de trame
IL utilise deux matrices de photo-sites. Une de ces deux
matrices est exposé à la lumière , elle sert à la détection
Des photons. L’autre est masquée ,elle est utilisée pour
assurer le transfert des charges.
Avantage :
 Transfert plus rapide des charges électriques.
Incovénient :
 Diminue par deux la surface utile à la détection
engendrant une résolution plus faible.
3. Le CCD interligne
Il associe une photodiode à chaque cellule CCD .Il permet de
mieux reproduire la lumière visible sur tout son spectre.
4. Conclusion
Le capteur fournit donc un signal analogique, en effet chaque photo-site a fournit une quantité
d’électron proportionnel à la quantité de lumière reçue.
VI.
Conversion analogique numérique
Le signal pour pouvoir être exploité par les circuits numériques de la caméra doit-être numérisé
grâce un convertisseur analogique numérique intégré au capteur.
Convertisseur
Capteur CCD
Grandeurs analogiques
Analogique
numérique
Grandeurs numériques
Annexe
Spectre de la lumière