Sony WX1 vs W380 : le CMOS revient en force !

Aurélien Audy
12 mai 2010 à 11h26
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Lumières sur le CMOS rétro-éclairé

Ce face-à-face est avant tout l'occasion de faire un point sur la technologie CMOS BSI, puisque nous sommes partis pour en entendre parler encore un moment. Alors concrètement, le changement majeur porte sur l'agencement dans la structure du capteur. Un schéma vaut mieux que de longs discours, voici comment est architecturé un capteur CMOS normal :

01C2000003161056-photo-capteur-cmos-normal.jpg


De haut en bas, on découvre donc :
  • une couche de micro-lentilles à la surface du capteur
  • le filtre de couleurs RVB (matrice de Bayer ou autre)
  • sur-couche d'électronique (transistors, circuits, câblage métallique...)
  • substrat de silicium renfermant les photo-diodes (composants sensibles à la lumière)

Voici maintenant le schéma d'un capteur CMOS BSI, précisément du Exmor R Sony :

01C2000003161028-photo-capteur-cmos-invers.jpg


La différence ? La couche de photo-diodes et la strate d'électronique sont ici inversées. La face photosensible habituellement en arrière plan se retrouve donc aux premières loges, en contact plus direct avec la lumière. C'est pour cela qu'on parle de BackSide Illuminated, et qu'on préfèrera en français le terme rétro-exposé à rétro-éclairé (cette dernière appellation sous-entend la présence d'une source lumineuse artificielle supplémentaire). Cette conception réduit les pertes de lumière liées à la couche d'électronique (reflets, obstruction des transistors...).

Une logique implacable qui nous amène à la question suivante : pourquoi ne pas y avoir pensé plus tôt ? D'après des documents Sony datant de juin 2008, le problème de cette structure inversée était qu'elle occasionnait de nombreuses dégradations d'image : augmentation du bruit aléatoire (propension des photo-diodes à produire des signaux d'intensité variable avec une même exposition), du signal d'obscurité (provoque du "dark noise", parasites produits par l'activité électrique des composants du capteur, sans la moindre exposition lumineuse), pixels défectueux et altération des couleurs (du fait du changement d'angle d'incidence des rayons lumineux dès lors que la surface sensible est rapprochée).

Des tares que le constructeur a vraisemblablement solutionnées en développant une structure de photo-diodes particulière (Sony évoque un "alignement haute précision") et en optimisant les micro-lentilles intégrées à la surface du capteur. La principale conséquence c'est l'amélioration du rapport signal / bruit : la sensibilité lumineuse est augmentée tandis que le bruit est diminué. En théorie, cela se traduit par une meilleure qualité d'image (moins d'amplification requise), notamment dans les hautes valeurs d'ISO.

Mais encore ?

Autre bénéfice : les circuits et composants électriques étant alors relégués en fond de substrat, il sera dorénavant envisageable d'en rajouter autant que nécessaires afin d'améliorer le potentiel des capteurs (qualité et rapidité de traitement d'image), sans gêner la couche photosensible. Tout cela en profitant des avantages inhérents aux capteurs CMOS comparés aux CCD, à savoir une consommation électrique inférieure et une grande rapidité de fonctionnement. La technologie BSI profite donc à la vidéo (gestion plus facile de flux complexes, mode ralenti à 1 000 images/s) et à la rafale (elle atteint pour l'heure 10 images/s). On voit également se développer des modes de prise vue intéressants, comme la panoramique à main levée, la strobophotographie (décomposition d'un mouvement en plusieurs phases sur une même photo) ou encore l'assemblage HDR (photos exposées différemment pour obtenir une vue avec une dynamique étendue)... Bref, s'il est bien maîtrisé (puissance du processeur d'image associé, qualité des algorithmes de traitement...), le potentiel de ces capteurs est considérable.

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Strobophotographie proposée sur le HS10 de Fujifilm et modes vidéo jusqu'à 1 000 images/s sur l'Exilim EX-FH100 de Casio

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Photo DHR sur le Ricoh CXIII et panoramique à la volée avec l'Exmor R


Place maintenant aux tests de nos deux compacts Sony, pour voir si le mythe rejoint la réalité !

Modifié le 01/06/2018 à 15h36
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