Principes de bases des capteurs d'images

Transfert interligne

La matrice à transfert interligne (« Interline Transfer ») consiste en une série de photodiodes séparées par des registres verticaux de transfert qui sont recouverts par un blindage optique métallique (Fig. 11).


   
    Figure 11 : Architecture d'un capteur à transfert interligne
Figure 11 : Architecture d'un capteur à transfert interligne [zoom...]Info

Après intégration, la charge générée par les photodiodes est transférée vers les registres CCD verticaux en 1 µs environ et le smear est donc minimisé. Le principal avantage du transfert interligne est que le transfert des pixels sensibles aux pixels de stockage est rapide. Il n'y a donc pas besoin d'obturer la lumière incidente. Ceci est communément appelé « obturation électronique ». Le désavantage est qu'il laisse moins de place aux capteurs actifs. Le blindage agit comme un store vénitien qui obscurcit la moitié de l'information présente dans la scène. Le facteur de remplissage surfacique (« area fill factor ») peut être aussi bas que 20%. (Toutefois, on peut remédier à ceci en apposant des microlentilles (Fig.12) juste devant la surface du capteur, afin de rediriger la lumière vers les cellules sensibles (capteur HAD : « Hole Accumulated Diode »).

Pour les scènes en très haute luminosité, une partie de la lumière incidente peut quand même atteindre les registres verticaux. Pour des applications professionnelles, on aura alors recours à une architecture à transfert de bloc interligne (« Frame Interline Transfer »), où on retrouve un bloc de stockage blindé sous la partie active tout comme pour le transfert de bloc.

Comme les systèmes interlignes sont le plus souvent utilisés dans des caméscopes grand-public, le design des registres de transfert est basé sur la synchronisation vidéo standard. Avec un entrelacé 2:1, chaque champ est collecté simultanément mais est lu alternativement. Ceci est appelé l'intégration de frame. En EIA 170 (anciennement RS170), chaque champ est lu tout les 1/50 s (1/60 s US). Ceci permet un temps d'intégration maximum de 1/25s pour chaque champ.

Le pseudo-entrelacé ou intégration de champ est obtenu en changeant la tension de porte; on décale le centroïde de l'image d'un demi-pixel dans la direction verticale. Ceci génère un recouvrement de 50% entre chaque champ.

Les pixels ont deux fois l'étendue standard du transfert interligne standard et donc une sensibilité double. Toutefois ceci diminue la fonction de transfert de modulation (MTF).

Microlentilles

Le facteur de remplissage optique peut être inférieur à 100% à cause de contraintes de fabrication dans les systèmes à transfert de bloc complets. Dans les systèmes interlignes, l'aire de stockage blindée réduit le facteur de remplissage à moins de 20%. Des assemblages de microlentilles (encore appelées réseau microlenticulaires ou réseau de mini lentilles) augmentent le facteur de remplissage optique effectif (Fig.12). Il n'atteindra toutefois pas 100% à cause de légers désalignements du système de microlentilles, d'imperfections de la minilentille, d'aires blindées non symétriques, et de pertes en transmission.

Comme la tension de sortie de la caméra dépend de la taille effective du capteur, augmenter le facteur de remplissage avec des microlentilles augmente la taille effective du détecteur et ainsi la tension de sortie.


   
    Figure 12 : Effet des microlentilles pour un capteur à transfert interligne
Figure 12 : Effet des microlentilles pour un capteur à transfert interligne [zoom...]Info
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