Nouvelle génération de capteurs en approche chez Panasonic et Sony

Le concept des capteurs rétro-éclairés plein format  (BSI- Back Side Illuminated) est bien réel depuis quelques années. Ces capteurs ont déjà été intégrés dans des appareils de Sony depuis le A7R II, ou dans les récents Canon 5D Mark IV ou Nikon D850, pour ne citer qu’eux. A contrario, les capteurs organiques et les capteurs CMOS utilisant la technologie “global shutter” n’étaient jusqu’ici que des projets. Ils sont donc encore mal connus.

Capteurs organiques : plage dynamique améliorée et réduction du bruit

L’arrivée de capteurs organiques est une avancée annoncée depuis maintenant plusieurs années. Dès 2013, Fujifilm et Panasonic avaient annoncé ensemble avoir développé une technologie de capteur CMOS organique. Cette technologie utilise une couche organique de conversion photo-électrique avec un haut coefficient d’absorption au lieu de photodiodes en silicone. Cela permet à la section qui reçoit la lumière et au capteur d’atteindre des performances bien supérieures à ce que les capteurs habituels permettent.

Cette technologie agit surtout sur l’augmentation de la plage dynamique, tout en améliorant la sensibilité du capteur. Cela permet de prévenir les zones surexposées, tout en permettant aux zones plus sombres de garder des textures riches et des couleurs vives. De plus, ce type d’approche minimise le bruit numérique lors de l’utilisation de hautes sensibilités.

Mais depuis 2013 et malgré de nombreuses avancées, on attend toujours l’arrivée d’un capteur organique dans les prochains boîtiers des principaux acteurs.

Global Shutter : un mécanisme intéressant en vidéo

Global shutter et Rolling shutter sont des mécanismes d’acquisition d’image. Traduisibles en français par “obturateur global” et “obturateur déroulant”, ils constituent deux approches différentes de l’acquisition d’images pour différents types de capteurs. Le “rolling shutter “est une solution utilisée par les capteurs CMOS et qui consiste à traiter les images ligne par ligne, alors que le “Global Shutter”, utilisé avec les capteurs CCD, traite l’image dans son ensemble.

Les capteurs CMOS, qui équipent les appareils photo récents, exposent les photodiodes ligne par ligne, de bas en haut du capteur. L’avantage de cette approche ? Récupérer une la capacité d’obturation de ces lignes pour plus de vitesse . Mais cela a un inconvénient à tort appelé “Rolling shutter”, et souvent nommé “effet Jello”.

Cet effet se caractérise par une distorsion marquée lors de mouvements rapides de l’opérateur ou du sujet. Cet effet est du au fait que la traitement des différentes parties de l’image s’effectue avec un léger décalage entre le haut et le bas de l’image.

Développer des capteurs CMOS utilisant l’approche “Global Shutter” serait donc une avancée importante dans le domaine de la vidéo, et donc le meilleur des deux mondes.

La possibilité de proposer des capteurs organiques ou rétro-éclairés utilisant un traitement “global shutter” représente donc un progrès important pour la qualité d’image en photo et pour la vidéo.

Panasonic : un capteur organique “global shutter” 8K de 36 mégapixels

Alors que jusqu’ici, les capteurs organiques étaient en projet, Panasonic annonce officiellement avoir développé un capteur organique opérationnel. Ce capteur “OPF CMOS” est capable de proposer une définition de 8K, à 60 images/seconde, avec une plage dynamique augmentée, et avec la fonction “global shutter” disponible. De plus, ce capteur intègre un système électronique de filtre ND (densité neutre).

Panasonic annonce aussi avoir mis des solutions en place pour protéger cette partie organique, réputée comme fragile.

Le plus surprenant dans cette annonce est que Panasonic parle d’intégrer ce nouveau capteur dans des caméras professionnelles, des caméras de surveillance, ou automobiles, mais ne parle pas d’appareils photo.

Panasonic essaye-t-il de garder le mystère entier autour du futur GH6 qui devrait filmer en 8K ou ce capteur est-il encore inadapté aux appareils photo ? Les ingénieurs de Fujifilm annonçaient en 2016 que pour le moment, la technologie n’était pas encore mature pour remplacer la qualité de leur capteur X-Trans III. Il y a un an, Fujifilm expliquait cependant que ses équipes de recherche et développement travaillaient sur un capteur organique.

Ne sachant pas non plus si Panasonic et Fujifilm continuent à travailler ensemble ou pas sur cette technologie, il est difficile de savoir quand de tels capteurs seront disponibles et sur quels appareils photo. Mais ce n’est certainement qu’une question de temps.

Sony : un capteur CMOS rétro-éclairé avec « Global Shutter »

Sony venait d’annoncer quelques heures avant Panasonic avoir réussi à développer un capteur CMOS rétro-éclairé avec « Global Shutter », ce qui est particulièrement intéressant dans le domaine de la vidéo. Si on ne peut exclure un hasard du calendrier, ces deux annonces, bien qu’apparemment différentes concernent le même type de progrès apportés aux capteurs de nos prochains appareils.

Pour le moment le capteur annoncé par Sony n’est que de 1,46 mégapixel. Mais la domination de Sony dans le domaine des capteurs photo peut laisser penser qu’il sera rapidement possible d’intégrer cette technologie sur des capteurs d’appareils photo proposant des définitions bien plus importantes.

Il ne faut pas oublier non plus que la technologie de rétro-éclairage des capteurs est une solution “concurrente” aux capteurs organiques. Elle propose en effet le même type d’avantages, sans la fragilité (actuelle) de la couche organique des capteurs éponymes. Proposer des capteurs rétro-éclairés avec Global Shutter est donc l’approche qu’a choisi Sony pour ses prochains capteurs.

La guerre des nouveaux capteurs semble donc lancée. Elle permettra au final à l’utilisateur de constater dans les années qui viennent d’importants progrès en termes de plage dynamique, de photographie et vidéo en basse-lumière, ainsi que la disparition de l’effet “Jello” dans les vidéos.

On attend maintenant impatiemment de voir les premières applications.

Source : Sony et Panasonic