Nikon a déposé un brevet de capteur RGB dichroïque

Le webzine DPReview nous apprend que Nikon a déposé un brevet concernant un capteur photosensible RGB utilisant de petits miroirs dichroïques pour séparer les couleurs rouge, verte et bleue afin de les enregistrer séparément sur des photosites (photodiodes) dédiés à chacune de ces couleurs. Ce brevet fait appel à des concepts remontant à 1985. Cette méthode permet d'augmenter la netteté de l'image en supprimant les fausse couleurs et d'améliorer la dynamique. Explications.Dans ce dispositif, la totalité du spectre visible arrive sur chaque pixel, contrairement aux capteurs actuels, où chaque pixel est constitué de 4 photosites (1R+1B+2V, le doublement du vert étant lié à la moindre sensibilité du silicium à cette couleur), ce qui entraîne une perte de rendement lumineux.
Le dispositif s'articule autour d'un module de séparation des couleurs contenant 4 photosites par pixel disposé sur 2 lignes de 2 colonnes. Chaque photosite est associé à un miroir dichroïque (semi-transparent) qui dévie certaines fréquences lumineuses vers un photosite spécifique, sensible à une seule couleur, bleue, verte ou rouge.

Chaque rayon lumineux passe ainsi à travers une microlentille puis traverse l'ouverture du masque et est déviée par ce miroir dichroïque qui va filtrer le rayonnement UV. La lumière bleue va traverser le premier miroir dichroïque pour atteindre le photosite bleu, tout en réfléchissant les lumières rouge et verte. Le deuxième élément dichroïque va réfléchir la lumière verte vers le photosite vert et laisse passer la lumière rouge, tandis que le troisième élément dichroïque va réfléchir la lumière rouge vers le photosite rouge. Finalement le rayonnement infrarouge traverse le troisième miroir sans être enregistré. Notons que le rayon vert ne traverse aucun miroir, il est en revanche réfléchi deux fois successivement.Commentaires
Tout d'abord la question de la perte de sensibilité du capteur de silicium au rayonnement vert est résolue. Dans ce dispositif, on se trouve avec un équilibre des 3 couleurs dans chaque pixel et il n'est plus nécessaire de faire appel à un deuxième photosite vert, comme cela se fait actuellement.

Le dispositif élimine également à chaque étape les différentes composantes de couleurs de la lumière quasiment sans perte, et certainement avec beaucoup moins de perte qu'avec la technologie actuelle, où la lumière est divisée par 4 dans chaque pixel.
Un autre avantage est que la taille des photosite n'entre pas en considération dans la résolution de l'image puisque chaque pixel reçoit toute la lumière. En revanche, la densité des photosites sur le capteur va jouer un rôle.
Quant à l'effet éventuel de l'ouverture pratiquée dans le masque, sur la résolution, si elle présente la même surface ou est légèrement supérieure au photosite, il n'y a pas de perte de lumière non plus.

Reste le problème de la "parallaxe" du fait que les 4 photosites sont juxtaposés et non pas superposés. D'un point de vue optique, ils ne représentent donc pas tous les quatre le même point sur le sujet. Ce décalage microscopique provoque ce qu'on appelle des "fausses couleurs" car le pixel résultant est la moyenne des valeurs des 4 photosites qui ne sont tous placés au même endroit. L'image RGB résultante présentera donc des couleurs qui ne représentent pas les "vraies" couleurs du sujet. Mais il faut avoir un oeil d'aigle pour s'en apercevoir, et d'autant plus que la résolution du capteur sera élevée.

Ce brevet est très intéressant et le procédé semble prometteur. Si ce dispositif présente tous les avantages d'un photocapteur couleur, ses principaux désavantages sont la complexité de fabrication qui se fait à l'échelle du micron, le filtrage des rayonnements UV et IR (utiles à certaines applications scientifiques) et le faible rendement du système (fill factor) mais qui peut être corrigé par l'utilisation des microlentilles.

Nikon ne précise pas si ce brevet remontant à 2003 a déjà fait l'objet d'un prototype ni la destination de ce type de capteur.

Pour plus d'information sur les photocapteurs des APN, consultez l'article sur la photographie numérique.