CCD, capteur

CCD, capteur, capteur matriciel de lumière qui est à la base des systèmes d'acquisition d'image numérique, comme les caméras, le Caméscope ou les appareils photo numériques.

Les dispositifs à transfert de charge, de l'anglais Charged couple devices (CCD) sont utilisés pour stocker des charges électriques puis les transférer pour lecture vers un système électronique. Les capteurs CCD sont constitués de microcellules photosensibles, distribuées à la surface d'un semi-conducteur. L'image formée par un dispositif optique sur la surface du capteur est ainsi découpée en pixels.

Les pixels sont organisés en lignes et colonnes formant la matrice CCD. Grâce aux technologies des circuits intégrés à semi-conducteur métal-oxyde (MOS) en silicium, une matrice d'une surface de 1 cm² peut contenir un million d'éléments d'image mesurant, chacun, de l'ordre de 10 micromètres (10.10^-6 m) de côté.

Lorsqu'un photon lumineux tombe sur l'une des microcellules, il crée une paire électron-trou dans le semi-conducteur. Une tension appliquée sur le condensateur associé à la cellule permet le stockage d'une charge élémentaire. La charge totale stockée pendant le temps d'exposition est ainsi proportionnelle au flux lumineux reçu. Une sensibilité très grande permet un temps d'exposition très court.

La lecture de l'image est effectuée point par point, en transférant la charge accumulée par chacune des cellules vers l'électrode de sortie. Le transfert est d'abord effectué le long d'une ligne par passage de la charge d'une cellule vers sa voisine, puis d'une ligne vers la ligne inférieure, ainsi de suite jusqu'à la dernière ligne appelée registre horizontal. Par le même processus de transfert, chaque charge est successivement dirigée, via l'électrode de sortie, vers le système de lecture. Une image est traitée en moins d'une microseconde.

Pour l'obtention d'une image couleur, les capteurs CCD des Caméscopes, par exemple, utilisent des pixels disposant de filtres verts, rouges et bleus. La sensibilité des capteurs CCD est plus élevée que celle des films photographiques ; elle permet la prise d'images dans des conditions d'éclairage très faible ou de fort grandissement, avec des temps d'exposition réduits.

La régularité de la distribution des pixels procure une résolution constante et favorise le traitement numérique de l'image. De ce fait, ils font l'objet de nombreuses applications dans les domaines de l'observation de la Terre par satellite, tels les satellites SPOT, ou de l’astronomie.