1.1 Avant propos
Les capteurs CCD sont les équivalents électroniques des boîtiers photographiques. La surface sensible n'est plus ici un film de sel d'argent, mais une puce optoélectronique: un capteur CCD.
Lorsque l'on parle de CCD, on désigne en fait la technologie CCD (Charge Coupled Device in english, ou encore Dispositif à Transfert de Charge en français.)
A l'instar du film photographique, le capteur CCD se compose de grains de cellules sensibles à la lumière : les pixels. Ceux-ci sont cependant en nombre beaucoup plus réduit que les grains d’une pellicule photographique.
Les travaux de recherche concernant les capteurs CCD ont débuté au tout début des années 60, avec l’avènement des semi-conducteurs. Le premier imageur intégré fera son apparition en 1965; il s’agissait d’une barrette linéaire de 200 photodiodes, utilisant la technologie des transistors MOS.
Il faudra malgré tout attendre la fin des années 70 pour
obtenir des composants véritablement viables et pouvant être
développés industriellement. Depuis, la technologie des capteurs
CCD n'a cessé de progresser, ce qui en fait un composant en plein
essor.
2.2 Principe de fonctionnement
Un capteur CCD utilise les propriétés photosensibles des matériaux semi-conducteurs et réalise trois fonctions principales :
La conversion d’images en signaux électriques fait appel aux propriétés photoélectriques de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium. Ainsi, lorsque l’énergie des photons devient suffisante, des paires électrons-trous sont générées en quantité proportionnelle à l’énergie lumineuse absorbée. Cette création résulte du déplacement d’un électron grâce à l’énergie du photon.
Cette génération optique de porteurs est responsable des effets photovoltaïques de conversion lumineuse en énergie électrique. La réponse de ces dispositifs à l’excitation lumineuse est différente pour chaque longueur d’onde et varie selon le matériau du photodétecteur. La courbe spectrale du matériau sera donc une des composantes principales du détecteur.
1.2.2 L’accumulation des charges et leur transfert :
L' accumulation des charges permet de relever plus précisément les données reçues.
Les électrons s’accumulent sur chaque pixel (ce qui forme des tas d’électrons) et au bout d’un certain temps, dit "temps d’intégration", un processus de comptage entre en action. Ce comptage a lieu par transfert des tas d’électrons d’un pixel à l’autre, le long d’une ligne de la matrice, et ce jusqu’à ce qu’ils arrivent à une sortie, où les électrons sont comptés pixel par pixel.
Au fur et à mesure que les électrons sortent, un registre électronique mémorise le contenu de chaque tas, ainsi que leurs coordonnées, afin d'identifier le pixel d’où vient le tas. Avec ces données, l’image formée par l’objectif sur le capteur CCD peut être reconstruite par l’ordinateur comme une mosaïque dont les éléments sont des pixels.
Voici une photo de saturne prise de la terre à l’aide d’un capteur
CCD :
PHOTO DE SATURNE
1.3 Différents types de capteurs CCD
Une barrette CCD est une matrice linéaire de détecteur photosensible. Ces matrices sont utilisées dans des applications où soit la caméra soit l’objet se déplace dans la direction perpendiculaire à la rangée de détecteurs, de façon à scanner l’objet.
- Matrice FFT : Full Frame Transfert
Un capteur matriciel à transfert " full frame " est une matrice à deux dimensions de détecteur photosensible. Son emploi est délicat, car le capteur est continuellement irradié et la lecture des " tas " comme vu précédemment est difficile.
- Matrice à transfert de trames :
Ce système permet de résoudre le problème des matrices
FFT. Une seconde matrice est placée à coté ( tout
en étant protégée de la lumière) et permet
de mémoriser la trame précédente,ce qui autorise un
comptage des " tas " plus facile.