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Panasonic, avec Fujifilm, bouleverse la technologie des capteurs

08/02/2016 | LAURENT KATZ

À l’heure où un Nikon avance une sensibilité excédant les trois millions d’Iso avec le D5 et son capteur somme toute conventionnel, le duo Fujifilm/Panasonic progresse sur la voie menant à un capteur Cmos plus sensible et offrant une plus grande dynamique.

Faut-il préciser que la technologie sous-jacente ne va pas se retrouver dans nos appareils photo à court terme. Il s’agit d’une piste certes concrète et prometteuse d’évolution des imageurs, mais aujourd’hui, il n’y a aucune indication sur l’emploi dans un appareil photo, donc pas de taille ou de format de capteur, ni de définition et encore moins de date de production industrielle. Ce capteur OPF (Optical Photoconductive Film) est le fruit d’une collaboration, Panasonic faisant usage d’une couche de composants organiques (des substances principalement carbonées, à la différence de matériaux minéraux),développée par Fujifilm, pour capturer les photons, à la place d’une photodiode en silicium.

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La structure d’un capteur Cmos rétroéclairé (BSI) comparée à celle du capteur organique (document Panasonic).

Un peu d’histoire
Remontons en 2011, année de publication de brevets par Fujifilm et Panasonic, posant les bases de pistes technologiques parmi d’autres. Deux ans plus tard, en 2013 donc, les deux sociétés donnent du grain à moudre dans une annonce conjointe.
En ce début d’année 2016, les deux compères se rappellent à notre bon souvenir. Panasonic annonce le développement d’un capteur Cmos employant la couche photoconductrice organique conçue par Fujifilm. Il assure une capture globale de l’image. Késako ? Cela signifie que tous les pixels seront capturés en même temps et non séquentiellement, rangée après rangée. Ce qui élimine l’effet de rolling shutter se traduisant par des verticales transcrites avec une inclinaison et des objets rotatifs distordus. Les photos et les vidéos de sujets en mouvements, même rapides, ou les arrière-plans lors des rafales avec suivi du sujet, gagneront en précision géométrique. Cette dernière caractéristique n’est pas nouvelle, mais elle est ici associée, selon Panasonic, à une plus grande saturation du signal. Entendez par là que les circuits supportent un signal électrique plus intense, pour un meilleur rendu des hautes lumières qui seront moins brûlées.

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Les pales du ventilateur sont déformées avec un capteur offrant une acquisition séquentielle, quand un imageur avec acquisition globale (OPF) ne distord pas les objets.

Ce capteur présente une autre caractéristique, la possibilité de fournir, pour un déclenchement sur l’appareil photo, plusieurs expositions avec des sensibilités ou des temps d’exposition différents. Ce qui pourrait être mis à profit par un processeur de traitement pour détecter un objet en mouvement et sa direction, afin d’optimiser l’autofocus et la vitesse d’obturation. Tout cela constitue bien sûr des hypothèses de travail ouvrant la voie à des automatismes plus sophistiqués et performants. Pour l’instant, il y a loin de la coupe aux lèvres et il faudra patienter jusqu’à ce qu’un tel capteur se retrouve dans un appareil photo associé à une puce exploitant ses atouts.

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Des expositions multiples réalisées au niveau du capteur OPF, avec des paramètres différents, pourraient faciliter le travail des automatismes, notamment l’autofocus (document Panasonic)

Haute dynamique
Par ailleurs, Panasonic dévoile le développement d’un capteur, toujours sur la base d’une photodiode organique, cent fois plus sensible et doté d’une bonne résistance au blooming, un phénomène qui intervient quand la photodiode est « aveuglée » par une lumière intense et ne peut absorber tous les photons qu’elle reçoit. Pas étonnant que la marque indique que les applications automobiles sont en ligne de mire (pour 2020 au plus tôt). Bien utile quand la conduite automatique de nuit devra disposer de caméras qui ne devront pas être éblouies par les phares des voitures venant en face et les éclairages urbains, pour distinguer d’éventuels obstacles et piétons à contre-jour. Pour cela, Panasonic profite d’une particularité du capteur OPF, la dissociation entre la zone de capture de la lumière et les circuits stockant la charge électrique qui en résulte. Elle a doublé les cellules de conversion, l’une plus sensible pour gérer les très basses lumières, l’autre moins encline à la saturation pour accepter les grandes luminosités. Ce qui rappelle, toutes proportions gardées, le capteur SuperCCD de Fujifilm pour lequel chaque photosite comportait deux photodiodes aux rôles différents. Un tel capteur pourrait aussi éliminer un défaut de la visée électronique, à savoir sa faible dynamique, une caractéristique directement liée à l’imageur de l’appareil. Un prototype de 2 Mpxl a été développé par Panasonic.

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Une variante du capteur OPF met en œuvre une paire de cellules de conversion, l’une capable de gérer les niveaux lumineux très faibles, l’autre n’étant pas perturbée par une lumière intense (document Panasonic).
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Le schéma de principe de la double acquisition montre que les hautes lumières intenses sont fusionnées avec les informations provenant de l’autre cellule d’acquisition. La dynamique de la capture est ainsi plus étendue (document Panasonic).
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La haute dynamique (123 dB) du capteur OPF à double cellule comparée à celle d’un capteur Cmos conventionnel (document Panasonic).

Décidément très en verve, Panasonic a aussi présenté à l’ISSCC (International Solid-States Circuits Conference 2016) un capteur Cmos de type APD qui multiplie les photons reçus, assurant une restitution des couleurs sous un niveau lumineux aussi faible que 0,01 Lux (une nuit étoilée) et offrant à ses dires une dynamique très élevée.

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Le capteur APD facilite l’acquisition des couleurs dans la quasi-obscurité. Reste à débruiter l’image ensuite (document Panasonic).

- Le capteur OPF
- Le capteur OPF à dynamique élevée
- Le capteur APD

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