mercredi 13 novembre 2024

Capteur Sony IMX178LGJ

La caméra qui équipe en standard le télescope Origin de Celestron est basée sur le capteur CMOS IMX178LQJ (color) de Sony, annoncé en sept 2013, et utilisé depuis une dizaine d’année dans le monde de l’astronomie par des marque telles que ZWOQHYCCD, Altair etc... Donc rien de bien nouveau de ce coté là.

Sans être le dernier cri de la technologie CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) de Sony ce capteur ne démérite pas. Mais comme en astrophotographie il n'y a pas de petit gains, on espère qu'un upgrade sera proposé par Celestron dans les 2 ou 3 prochaines années.

Caractéristiques principales :

Elles ont importantes car certains logiciels peuvent vous demander ces valeurs.

Ce capteur peut être utilisé à différentes résolutions d’image. Ces résolutions sont toutes plus faibles que la résolution physique du capteur. Seules les info relatives à la résolution utilisée par l’Origin (mode All-Pixel Scan 6.3M) sont présentées ici :


Paramètre                              | Valeur pour IMX178LQJ-C
---------------------------------------+--------------------------
Résolution physique du capteur         | 3096 x 2094 pixels
Taille d’un pixel                      | 2.4 x 2.4 
µm
Matrice de Bayer                       | RGGB
Résolution utilisée par l’Origin       | 3072 x 2048 pixels
- zone du capteur utilisée (diagonale) | 7.372 x 4.915 (8.860) mm
- Champ visuel                         | 1.27° x 0.85°
- Format                               | 3:2 
- Précision de la conversion A/D       | 14 bits

Quand un capteur est utilisé pour produire des vidéos il y a un compromis à trouver entre fluidité (images/seconde), précision des couleurs (10, 12, 14 bits/couleur) et détails dans l'image (résolution en pixels). En astrophotographie, où les temps d'exposition se comptent en secondes ou minutes (et non en millisecondes comme en vidéo), ce compromis n'est pas nécessaire puisqu'on n'a pas un frame-rate à respecter. C'est pourquoi l'Origin utilise la meilleure résolution (3072 x 2048 pixels) et la conversion A/D la plus précise; 14 bits (Les autres proposées par Sony étant 12 bits et 10 bits).

Voici comment on passe d'une résolution physique de 3096 x 2094 pixels à une lecture du capteur sur 3072 x 2048 pixels

Note: Quand Sony donne la diagonale de son capteur (8.92 mm) c'est celle de tout le capteur, pas celle de la zone réellement utilisée puisque elle dépend du mode de scan utilisé.

Vous lirez dans certaines (mauvaises) traductions que ce capteur est rétro-éclairé ! Mot-à-mot c’est ça, mais vu le sens habituel de rétro-éclairé il vaut mieux traduire « back-illuminated » par « recevant la lumière par le dos du circuit » même si c’est plus long et que ça ne vous éclaire pas plus ;-)
- La fabrication d’un capteur CMOS est plus simple si on commence la gravure du circuit par la surface sensible et qu'on y ajoute par dessus quelques composants pour acheminer les électrons captés vers le convertisseur A/D situé sur le coté. L’inconvénient de cette méthode dite «Front-illuminated» c’est que ces composants se trouvent sur le chemin de la lumière qui arrive au capteur et donc en amoindrisse le rendement, en plus de créer, par réflexion, des lumières parasites.
- La méthode « Back-illuminated » (qui est utilisée pour les capteurs de la famille IMX178) est plus complexe à réaliser mais à l’avantage de ne rien interposer  sur le chemin de la lumière. Le nom grand public de cette technique de construction est Startvis.


 

Dans le data-sheet du capteur IMX178LQJ-C Sony donne la courbe de sensibilité des photo-diodes et leurs filtre. On constate que la sélectivité des filtres n'est pas excellent... Par exemple au environ de  480 nm les photo-diodes bleues et vertes ont la même réponse (70%). Idem pour les photo-diodes vertes et rouges au environ de 580nm. Quand la photo-diode rouge est a son maximum (95% pour 600nm) le photo diode verte réagit à 50%.

Important: la surface sensible des photo-diodes dites rouge, verte et bleue est la même. Ce qui fait qu'une photo-diode donne une information sur une couleur spécifique c'est parce qu'il y a un filtre qui sélectionne la lumière que va recevoir cette photo-diode. Ce que montre le graphique ci-dessus est la combinaison de la sélectivité du filtre et de la sensibilité du capteur. Sans filtre la réponse du capteur est la suivante:  

Pour vous donner une idée de ce qui se fait ailleurs, consultez cette étude qui compare les réponses des capteurs photo utilisés dans les iPhone et les smartphones Android, et ce pdf de Argo corp qui présente les réponses d'une vingtaine de capteurs industriels. On y découvre que les capteurs Sony de la gamme ICX ont une bien meilleure réponse spectrale que ceux de la gamme IMX.

Autres caractéristiques

Dark noise                    2,9 e-
Saturation capacity         14036 e-
Dynamic range                71,8 dB
Signal-to-noise ratio        41,5 dB
Quantum efficiency @465 nm   58,4 %
                   @536 nm   62,8 %
                   @631 nm   47,2 %