Les capteurs

Qu'ils soient de type CCD ou CMOS, ce sont tous deux des capteurs photographiques convertissant une image de départ issue d'un rayonnement électromagnétique en un signal analogique puis numérique s'il est converti. Le principe de base d'un capteur repose sur l'effet photoélectrique, qui permet à un photon incident d'arracher des électrons à chaque élément sensible (appelé photosite) d'une matrice de petits capteurs élémentaires.

Les capteurs appelés CCD (Charged Coupled Device ou en français Dispositif de Transfert de Charges), que l’on trouve sur la plupart des Appareils Photo Numérique (APN). Comme leur nom l'indique ils fonctionnent par transfert de charges.

Les capteurs Cmos (Complementary Metal Oxide Semiconductor ou en français Semi-conducteur à Oxyde de Métal Complémentaire) fonctionnent différemment, même si le principe de base reste le même. Les photosites, comme sur un CCD sont sensibles à la lumière et acquièrent une certaine charge électrique en fonction de la quantité de lumière reçue.

Sans entrer dans trop d'explications techniques, la principale différence structurelle, réside dans la nature du signal sortant d'un photosite. Pour le CCD il s'agit de charges et pour le CMOS c'est déjà un signal sous forme numérique (concernant le CCD, les charges seront converties en tension après le registre de sortie).

Le capteur du Cmos est un peu plus complexe car chaque photosite converti immédiatement le signal lumineux en signal électrique, schématiquement illustré ci-dessous:

Si les capteurs Cmos équipent la plupart des APN (du moins Canon), les caméras dédiées à l'astronomie sont le plus souvent équipées de capteurs CCD. Mais la technique évoluant on trouve de plus en plus de caméras pour l'astronomie équipées de capteurs Cmos.

Cependant dans la terminologie, on continue à désigner par caméra CCD, toutes les caméras destinées à l'astronomie sans tenir compte du type de capteur.

Quelque soit le capteur utilisé, il y a un paramètre particulièrement important pour qui pratique l'astrophotographie: c'est le rapport du Signal sur le bruit(S/b). Rappelons qu'un capteur numérique consiste essentiellement en un convertisseur photoélectrique, dans lequel les photons sont convertis en électrons. Cette conversion n’est malheureusement pas parfaite et seulement un certain pourcentage de ces photons incidents seront convertis, ce qui définit le rendement quantique. Le rapport S/b de l’image étant liée au nombre d’électrons générés, mais le bruit de lecture du capteur est marginal par rapport au bruit photonique. Ce dernier est lié à l'émission de photons qui n’est pas un phénomène parfaitement constant dans le temps. Il répond à une distribution statistique qui est bien décrite par la loi de " Poisson " : si le nombre moyen de photons captés par chaque pixel du capteur est ph, des variations aléatoires de pixel à pixel apparaîtront avec un écart type donné par la racine √Nph même pour des pixels idéalement identiques. Il est donc impératif d’optimiser ce rendement quantique. Bien souvent les constructeurs ne le renseignent pas et l'une des raisons est sans doute liée au coût. En effet si l'on veut connaître le rendement quantique du capteur qui équipe l'APN ou la caméra, le meilleur moyen est de le mesurer.

Cependant on trouvera ci-après les caractéristiques non exhaustives de quelques caméras:

Les courbes présentées ci-dessous sont intéressantes car on peut voir que l'efficacité quantique est différente selon les longueurs d'ondes, en conséquence lors de l'achat on va ainsi privilégier telle caméra en fonction de son utilisation par exemple:

Pour terminer de résumé l'on trouvera une présentation structurelle des capteurs CCD et Cmos ici.