Les différents composants d’un appareil photo

La formation de l’image

Tous les appareils photos sont constitués des mêmes éléments de base, qu’ils soient de type reflex, compact ou bridge. Le but premier d’un appareil est de faire converger la lumière issue d’un sujet déterminé sur un capteur numérique (ou une pellicule), à l’aide d’un ensemble de lentilles.
On a donc sur tous les appareils, un objectif composé de lentilles, situées devant un capteur numérique.

Le capteur numérique est quant à lui un composant électronique, convertissant la lumière en un signal électrique. Il est composé d’une multitude de photosites (plus petits éléments qui réagissent à l’intensité lumineuse). Chacun de ces photosites ne détecte qu’une seule couleur : il en faut donc en théorie trois pour former un pixel (un point de l’image), correspondant aux trois couleurs primaires. Cependant, le but de la photo étant de copier au maximum la vision humaine, un pixel est en fait composé de quatre photosites : un pour le rouge, un pour le bleu, et deux pour le vert (l’oeil étant plus sensible à cette couleur). On appelle cela un filtre de Bayer RGB.

Lorsque l’on parle d’un capteur de X Méga Pixels, il s’agit en fait d’un capteur constitué de X photosites. Or, un pixel utilisant 4 photosites, le nombre de pixels devrait être égal au nombre de photosites divisé par 4. En fait, pour chaque photosite (ne recevant qu’une seule couleur), le capteur va prendre les photosites voisins afin de combler les deux couleurs manquantes. Chaque photosite intervient donc dans la construction de plusieurs pixels.

Il existe deux technologies de capteur différentes : le CMOS et le CCD. Afin de ne pas compliquer cet exposé, il faut juste retenir que la technologie CCD est assez simple à produire, propose une bonne sensibilité, mais ne propose pas de solution rapide pour récupérer l’état de chacun des photosites dans le but de produire l’image. Le CMOS est plus complexe, mais permet de construire des systèmes rapides, des capteurs plus grands qui chauffent moins. La taille des capteurs varie fortement. Les principales sont les suivantes :

La gestion de la lumière

A celà, il faut ajouter un dispositif de contrôle de la quantité de lumière qui vient alimenter le capteur ou le film. On l’apelle le diaphragme, positionné directement à l’arrière du jeu de lentilles. Il permet ainsi de réduire la quantité de lumière traversant l’objectif, ce qui va automatiquement augmenter le temps de pose (le temps durant lequel le capteur est exposé) pour avoir la même quantité de lumière reçue. L’intérêt est d’une part de pouvoir s’assurer qu’une scène trop éclairée ne soit en dehors de la plage de temps de pose disponible sur l’appareil (qui peut aller de 30 secondes à 1/8000 de secondes sur certain appareil), mais cela permet aussi de jouer sur les effets de flou (voir profondeur de champ).
Le diaphragme est composé de lamelles qui peuvent se refermer pour diminuer la lumière le traversant.

On a donc l’ensemble suivant :

Nous sommes donc capables de gérer le zoom grâce au système de lentilles, de gérer l’exposition à l’aide du diaphragme, et de réceptionner l’image formée grâce au capteur. A tout celà s’ajoute un nouveau dispositif permettant de n’exposer le capteur que durant le temps d’exposition sélectionné : l’obturateur. Il peut être électronique ou mécanique. Sur les appareils photo de type compact ou bridge, on ne trouve quasiment que des systèmes électroniques. Il ne s’agit que d’un signal électrique envoyé au capteur, déclenchant alors la réinitialisation de chaque photosite du capteur. En revanche, sur les reflex, on trouve des obturateurs de type mécanique, avec un système de rideaux s’ouvrant pour découvrir le capteur :

Sur la majorité des reflex à rideaux, il existe en fait deux rideaux distincts fonctionnant en adéquation :
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La visée

On a donc l’ensemble des systèmes permettant de gérer la lumière et de produire l’image. Il faut donc maintenant un système permettant de viser. Sur les appareils de type compact ou bridge, le viseur est un écran LCD directement connecté au capteur, qui permet de restituer l’image telle qu’elle sera prise une fois le bouton du déclencheur appuyé.

Sur un reflex, le système est plus complexe. C’est d’ailleurs sa spécificité : pouvoir déporter l’image issue de l’objectif vers le viseur optique. Pour cela, les reflex intègrent un miroir basculant situé juste devant le capteur, qui va renvoyer l’image vers un prisme qui alimente ainsi le viseur. Pour prendre la photo, il suffit de relever le miroir, puis d’ouvrir le rideau.

C’est presque fini, mais pas tout à fait ! Il reste encore le système d’autofocus. En effet, un appareil photo doit pouvoir faire la mise au point sur une partie précise de l’image, afin d’avoir le sujet visé net. Pour cela, une lentille est placée devant l’objectif, permettant de paralléliser les rayons issus d’un objet à une certaine distance. En la bougeant, on change cette distance de mise au point. Les appareils de type compact ou bridge se servent du capteur principal pour effectuer des calculs afin de positionner au mieux la lentille en fonction de la map (mise au point) demandée. Sur les reflex, c’est un peu plus compliqué. Le capteur étant caché par le miroir, il est impossible de s’en servir. Il a donc fallu trouver un autre moyen. Les reflex sont ainsi équipés de capteurs secondaires, situés en dessous du miroir, dédiés à la mise au point. Une partie de la lumière est deviée vers ces capteurs qui utilisent le contraste de phase pour réaliser la mise au point. Le principe étant un peu complexe, ce sujet sera abordé dans un article séparé. Il faut juste retenir que le fait d’avoir des capteurs spécifiques améliore grandement la vitesse et la précision de la mise au point (encore que cela dépende des objectifs qui y sont rattachés).

A tous ces systèmes, s’ajoute bien sûr une bonne partie d’éléctroniques (processeur, mémoires, convertisseur analogique-numérique, …) afin de transformer les informations du capteur en une image exploitable. Au final, on a donc un reflex qui ressemble à ca :

En bonus, une petite vidéo de la séquence de déclenchement prise au ralentie. Vous pouvez voir le diaphragme se fermer pour obtenir l’ouverture souhaitée, le miroir se lever, et les rideaux de l’obturateur mécanique s’ouvrir pour laisser le capteur recevoir la lumière et former ainsi l’image.

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