Petit rappel : la lumière pénètre légèrement les matériaux opaques avant d’être absorbée. La profondeur de pénétration varie selon la longueur d’onde ; par exemple, pour le silicium, le bleu pénètre de moins d’un demi-micron alors que le rouge arrive à deux à trois microns sous la surface. En plaçant des photodiodes à différentes profondeurs, elles captent donc des longueurs d’ondes différentes.

Connu depuis longtemps, ce principe est exploité depuis 2002 par les capteurs Foveon qui équipent les appareils photo Sigma. Pour chaque photosite, trois diodes sont empilées, celle de surface captant une lumière plutôt bleutée, celle du milieu absorbant le vert et celle du fond ne recevant que du rouge. L’intérêt principal est de supprimer le dématriçage, qui cause des artefacts divers (moiré en particulier), et le filtre passe-bas qui floute les détails pour limiter ces effets indésirables.

Schéma Sony indiquant les profondeurs de capture pour bleu, vert et rouge.

Il y a en revanche deux handicaps : la dispersion du rouge au fil de la pénétration dans le silicium, qui rend ces capteurs particulièrement peu sensibles à cette couleur, et la complexité de l’électronique, qui complique la capture de lumière et augmente le bruit numérique. Les appareils Sigma sont ainsi réputés pour perdre rapidement en qualité passés 800 Iso, malgré des capteurs APS-C.

Sony et Canon à l’assaut

Cela n’empêche pas les autres constructeurs de travailler sur le sujet. Si les multi-couches arrivaient à la sensibilité des capteurs ordinaires, les avantages seraient en effet importants, en particulier dans le rendu des textures et des matières.

Sony a ainsi déposé à la fin 2012 un brevet combinant un système à trois couches et une gravure BSI, que la firme maîtrise particulièrement bien, afin d’améliorer la sensibilité générale.

Aujourd’hui, c’est au tour de Canon de déposer un brevet de capteur tri-couches. La solution Canon n’est pas de type BSI : les diodes restent en-dessous de l’électronique de lecture, ce qui peut en principe poser les mêmes problèmes que sur les capteurs Foveon. Cependant, un cristal irrégulier placé sur la couche rouge permettrait de réduire la dispersion et donc de conserver une bonne capture des tons chauds.

Première expérience

Ce brevet attire plus l’attention que le Sony, sans doute pour une raison simple : il est plus probable qu’il fasse l’objet d’une application réelle un jour. Les grandes entreprises déposent en effet plusieurs milliers de brevets par an, et seule une petite partie d’entre eux arrive effectivement dans des produits vendus. Or, Canon fabrique et utilise déjà des capteurs multi-couches...

Cellule iFCL du Canon EOS 5D Mk III. Document : Canon

Il ne s’agit pas de Cmos imageurs, mais de cellules de mesure de lumière : le capteur iFCL apparu sur l’EOS 7D et repris depuis sur nombre de reflex, jusqu’aux récents EOS 700D et EOS 100D. Celui-ci est un bi-couche, séparant la lumière rouge-verte de la lumière bleue-verte afin de limiter l’hyper-sensibilité au rouge des cellules classiques. L’expérience de Canon dans l’industrialisation de capteurs lumineux multi-couches rend donc plus plausible l’arrivée sur le marché d’imageurs concurrents des Foveon.

Bien entendu, il ne s’agit pour l’heure que de spéculations. Mais après l’apparition de la matrice X-trans chez Fujifilm, les limites de la matrice de Bayer sont évidentes et sans doute les constructeurs travaillent-ils d’arrache-pied à des solutions plus satisfaisantes...