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Pourquoi un obturateur sur un APN? (dont on sait que le capteur peut déterminer de lui même le temps de pose)

On s'est rendu compte assez vite qu'on pouvait obtenir une meilleure qualité sans obturateur électronique (moins d'électronique = plus de place pour le photosite qui est l'élément essentiel pour capter la lumière), donc en gardant l'obturateur électro-mécanique. Les capteurs de type frame transfer (les capteurs produisant les meilleures images) doivent nécessairement avoir un obturateur, car les photosites sont également utilisés lors du transfert de l'image vers l'électronique externe et ne peuvent alors plus recevoir de lumière.

Un second avantage est qu'on peut réduire une partie du bruit de fond en prenant une seconde photo avec l'obturateur fermé (cette photo contient uniquement le bruit du capteur) et en soustrayant le bruit de l'image captée. Pour obtenir la meilleure qualité d'image possible, l'appareil photo doit nécessairement être équipé d'un obturateur, même s'il ne sert pas à déterminer le temps de pose.

Le Canon 20 était disponible en version Canon 20Da, spécialement construit pour l'observation des astres. Cet appareil permettait une image directe (live preview): l'obturateur n'était pas utilisé à ce moment. Le 20Da était aussi équipé d'un filtre infra-rouge adapté laissant passer plus de lumière et le filtre low pass (anti-moiré) éliminé, les astres célestes ne portant pas de vestes à carreaux. En théorie, le 20D peut donc fonctionner sans obturateur, simplement en modifiant le firmware. Canon utilise des capteurs CMOS, et ces capteurs n'ont jamais eu besoin d'un obturateur.


L'obturateur mécanique focal plane (à rideaux)
Le premier électro-aimant déclenche le premier rideau (ouverture)
et le électro-aimant déclenche le second rideau (obturation).
Un petit moteur (à gauche) réarme le tout.

L'obturateur à rideaux est une mécanique complexe qui est faite pour durer 100.000 photos. Après cela, il faut le remplacer. L'obturateur mécanique est une mécanique de précision qui permet des temps de pose d'1/10.000 de seconde s'il le faut.

Un reflex utilise en plus de l'obturateur à rideaux un miroir amovible qui doit être rabattu pour laisser passer les rayons vers le capteur avant que l'obturateur ne se déclenche. Cela rend la construction d'un reflex particulièrement compliquée. Il doit donc y avoir de très bonnes raisons d'encore utiliser un obturateur!

Pourquoi un obturateur?

Les premiers reflex numériques

Qui ne se rapelle pas des premiers reflex numériques? Il s'agissait d'une cassette qui remplacait le film traditionneel dans les reflex 24∗36 classiques. Le prix élevé d'une telle cassette la rendait inaccessible au commun des mortels. La qualité de l'image obtenue était médiocre, et c'est ainsi que la photographie numérique a fait un très mauvais départ chez les photographes professionels. Longtemps les appareils numériques ont reçu le label "mauvaise qualité". Ce label provient des premières cassettes à placer dans les reflex classiques.

Les premiers reflex numériques étaient donc des appareils reflex classiques avec un dos digital. Ces appareils avaient donc toujours un obturateur (sous la forme d'un obturateur à rideaux complexe), car ils étaient des reflex argentiques en premier lieu. Les premiers photoscopes purement numériques sont apparus au même moment; ils n'avaient qu'un diaphragme qui servait aussi pour protéger le capteur à l'arrêt.

Pourquoi l'obturateur mécanique
est-il encore nécessaire?

Les capteurs CCD Interline transfer et CMOS n'ont en théorie pas besoin d'un obturateur. Mais l'obturateur purement électronique demande plus d'énergie que tous les autres composants du capteur. Pour bloquer un photosite, il faut une tension de 40V (et cette tension élevée doit être acheminée vers chaque photosite). L'obturateur électronique produit de la chaleur, et un capteur chaud génère nettement plus de bruit. Tant qu'on ne prend qu'une photo de temps en temps, il y a peu de risque d'échauffer le capteur. Mais les reflex sont surtout utilisés de façon professionelle, et la situation est toute autre quand il faut prendre une centaine de photos en rafale (par exemple pendant un défilé de mode). Un capteur avec obturateur électronique n'est pas en mesure de prendre 5 photos par seconde. Un appareil photo avec un vrai obturateur mécanique travaille plus rapidement qu'un appareil sans obturateur et produit moins de bruit de fond. En fait, un reflex bas de gamme est 10 fois plus sensible qu'un appareil compact sans obturateur mécanique.

Gated CCD exposure control

Les appareils compacts utilisent toujours un obturateur purement électronique. Un obturateur électronique permet un temps de pose très court avec utilisation de flash. Mais l'absence d'obturateur mécanique est bien visible avec les trainées verticales aux endroits sur-exposés. Les appareils compacts produisent aussi un bruit de fond plus élevé, car l'électronique prend de la place et fait chauffer le capteur.

Pourquoi un obturateur sur les appareils compacts?

L'obturateur est nécessaire pour protéger le capteur des excès de lumière. L'optique focalise les rayons sur le capteur, et le rayonnement infra-rouge d'une simple ampoule incandescente peut brûler le capteur s'il n'y avait pas de système de protection. C'est en fait le diaphragme qui sert d'obturateur en se fermant complètement quand le capteur est hors-fonction. Comme technicien, j'ai remarqué cet effet avec un caméscope: le diaphragme était resté bloqué en ouverture maximale, et la caméra était dirigée vers une lampe. Lors des enregistrements suivants, le filament de l'ampoule était visible comme un trait noir.

Les bons appareils compacts prennent une seconde photo avec obturateur (en fait: diaphragme) fermé pour réduire le bruit intrinsèque de chaque photosite. Longue vie à l'obturateur!

gated CCD exposure controlshutter exposure control
Avec l'avancement des techniques de fabrication, on tente d'éliminer l'obturateur mécanique. Un premier pas a déjà été franchi: les reflex Nikon utilisent l'obturateur électronique pour les hautes vitesses (signe qu'il y a assez de lumière et donc moins de risque d'avoir du bruit). L'obturateur électomécanique ne travaille qu'avec un temps de pose de 1/200 maximal; c'est l'obturateur électronique qui détermine les temps de pose plus courts.

Cette méthode est utilisée avec le Nikon D40. Comme l'obturateur mécanique ne doit pas travailler à la plus grande vitesse techniquement possible, il est possible de le fabriquer meilleur marché.

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