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Sony brevette un capteur bi-couche avec détection de phase

22/07/2015 | Franck Mée

Une couche pour l’image, une couche pour l’autofocus : tel est le sens du brevet que Sony a déposé. Une idée qui pourrait faire son chemin sur un appareil hybride, mais qui pose peut-être plus de questions qu’elle n’apporte de réponses.

Réaliser un autofocus par corrélation de phase sur le même capteur qui capture la photo, ça n’a maintenant rien de révolutionnaire. Mais la technique conserve quelques limitations : les photosites servant à la corrélation de phase deviennent inutilisables pour la prise de vue elle-même, et il est difficile d’optimiser séparément les deux fonctions du capteur.

Le brevet n°2015-128131, déposé par Sony, fait partie de ceux qui visent à changer radicalement la structure du capteur pour améliorer son fonctionnement : il propose de superposer deux couches. La première est un capteur d’image Cmos BSI tout à fait classique, avec sa matrice de Bayer, ses photodiodes capturant la couleur qu’on leur laisser voir et son électronique de traitement.

C’est en dessous de celle-ci que se situe la nouveauté : une couche de masques (81P sur le schéma ci-contre) cache un deuxième capteur, gravé en Cmos classique (FSI) et dépourvu de filtres colorés. Les trous des masques ont un espacement correspondant à deux photosites de la couche profonde : chaque paire reçoit donc deux phases différentes, exactement comme sur les capteurs « dual-pixel autofocus » qui équipent les Canon EOS 70D et EOS 7D Mk II.

Le gros avantage de cette solution est de pouvoir choisir la taille des photosites de capture d’image et de ceux d’autofocus de manière relativement indépendante, au contraire de tous les systèmes actuels. En outre, le capteur est enterré loin sous la matrice de Bayer et reçoit théoriquement des photons de toutes les longueurs d’onde, ce qui pourrait compenser son enfoncement sous la surface.

Risque de décalage

Ces avantages théoriques ne sauraient tout de même masquer un gros bémol : le silicium filtre très rapidement la lumière à faible longueur d’onde (bleue principalement), c’est le principe même de fonctionnement des capteurs Sigma Foveon. Le capteur autofocus devrait donc recevoir peu ou pas de bleu, peu de vert, mais beaucoup d’infrarouge. Cela peut être une qualité pour la mise au point en basse lumière (l’infrarouge reste souvent assez présent de nuit), mais cela va compliquer la vie des opticiens : l’aberration chromatique cause des décalages de mise au point notables entre visible et infrarouge – un phénomène bien connu des astrophotographes par exemple, au point que certains objectifs disposent de deux repères de mise au point séparés selon le type de photographie envisagé.

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Ce Pentax A 50 mm f/1,7 dispose de repères de mise au point pour la lumière visible (gros losange) et pour l’infrarouge (petit trait rouge). Réglé sur l’infini pour une prise de vue IR, il donnera une image nette à environ 10 m pour la lumière visible.

Faire la mise au point essentiellement dans l’infrarouge pour capturer une image en lumière visible risque donc d’entraîner un décalage systématique de l’autofocus ; il faudra donc soit utiliser des optiques où l’aberration chromatique sera contrôlée bien plus largement, soit réaliser un profil exact du décalage de mise au point pour chaque focale et chaque distance afin de le corriger dans le logiciel de pilotage de l’objectif.

Séduisante en théorie, l’idée devra donc faire ses preuves en pratique. Elle prouve en tout cas que les capteurs multicouches sont encore étudiés de près par les constructeurs, et pas seulement pour des cellules d’exposition (Canon iFCL par exemple) ou des applications scientifiques (Olympus RGB+IR).

- Le site de Sony

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