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Que es sensor cmos

Hoy día existen dos tipos de tecnologías utilizadas para la fabricación de sensores de cámaras digitales, ya sean compactas o réflex.

Se trata de los:

CCD (Charge Coupled Device)

o

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Ambos tipos de sensores están formados en su esencia por semiconductores de metal-óxido (MOS) y están distribuidos en forma de matriz.

Su función es la de acumular una carga eléctrica en cada una de las celdas de esta matriz. Estas celdas son los llamados píxeles. La carga eléctrica almacenada en cada píxel, dependerá en todo momento de la cantidad de luz que incida sobre el mismo. Cuanta más luz incida sobre el píxel, mayor será la carga que este adquiera.

Aunque en su esencia, los CCD y CMOS funcionan de una manera muy similar, hay algunas diferencias que diferencian ambas tecnologías.

 

Sensor CMOS

En el caso del CMOS, aquí cada celda es independiente. La diferencia principal es que aquí la digitalización de los píxeles se realiza internamente en unos transistores que lleva cada celda, por lo que todo el trabajo se lleva a cabo dentro del sensor y no se hace necesario un chip externo encargado de esta función. Con esto conseguimos reducir costes y equipos más pequeños.

Además de ofrecernos más calidad, los CMOS son más baratos de fabricar precisamente por lo que comentábamos arriba. Otra de las grandes ventajas es que los sensores CMOS son más sensibles a la luz, por lo que en condiciones pobres de iluminación se comportan mucho mejor. Esto se debe principalmente a que los amplificadores de señal se encuentran en la propia celda, por lo que hay un menor consumo a igualdad de alimentación. Todo lo contrario que ocurría en los CCD.

En cuanto a la velocidad, el CMOS es claramente superior al CCD debido a que todo el procesado se realiza dentro del propio sensor, ofreciendo mayor velocidad. Es esta una de las principales razones por las que Casio empezó a imponer los sensores CMOS en sus cámaras y por la cual éstas permiten grabar vídeos a velocidades de hasta 1000 fps.

Otro aspecto en el que los sensores CMOS son superiores a los CCD es en el blooming. Este fenómeno se produce cuando un píxel se satura por la luz que incide sobre él y a continuación empieza a saturar a los que están a su alrededor. Aunque este defecto puede subsanarse gracias a algunos trucos en la construcción, en el caso de los CMOS nos olvidamos del problema.

Conclusiones

Entonces, ¿por qué si los sensores CMOS tienen menor calidad de imagen se están empezando a implantar en las réflex? En realidad no tienen peor calidad de imagen. En sus inicios eran algo peores que los CCD, pero hoy día es un mal que está prácticamente subsanado. La tecnología CCD ha llegado a su límite y es ahora cuando se está desarrollando la CMOS.

Fue por ello por lo que el CMOS empezó a implementarse en las cámaras de gama baja compactas, donde la baja calidad no era un gran problema. Ha sido tras la evolución de la tecnología cuando se ha empezado a implementar en cámaras réflex.

Además, gracias al CMOS conseguimos cámaras con una velocidad de ráfaga más alta, precios más bajos y mayor autonomía en las baterías. Así que no cabe lugar a dudas de que el futuro se llama CMOS

 

 

 

Un Active Pixel Sensor (APS) es un sensor que detecta la luz basado en tecnología CMOS y por ello más conocido como Sensor CMOS.

Gracias a la tecnología CMOS es posible integrar más funciones en un chip sensor, como por ejemplo control de luminosidad, corrector de contraste, o un conversor analógico-digital.

 

Principio de funcionamiento

El APS, al igual que el sensor CCD, se basa en el efecto fotoeléctrico. Está formado por numerosos fotositos, uno para cada píxel, que producen una corriente eléctrica que varía en función de la intensidad de luz recibida. En el CMOS, a diferencia del CCD se incorpora un amplificador de la señal eléctrica en cada fotosito y es común incluir el conversor digital en el propio chip. En un CCD se tiene que enviar la señal eléctrica producida por cada fotosito al exterior y desde allí se amplifica.

La ventaja es que la electrónica puede leer directamente la señal de cada píxel con lo que se soluciona el problema conocido como blooming, por el que la recepción de una gran intensidad lumínica en un punto influye en los píxeles adyacentes (un brillo fuerte produce líneas blancas en la imagen). La desventaja es que entre los receptores de luz (fotositos) se encuentra mucha electrónica que no es sensible a la luz, lo que implica que no pueda captar tanta luz en una misma superficie del chip. La solución al problema vino no sólo por una mayor densidad de integración, por lo que la electrónica no sensible se reducía en tamaño, sino por la aplicación de microlentes que a modo de lupa concentran la luz de cada celda en su fotosito.

Debido a que no se podía alcanzar la densidad de integración necesaria para competir con el CCD, esta tecnología careció de importancia durante los años 70, 80 y mitad de los 90.

Al igual que ocurre con el CCD, los fotositos captan únicamente intensidad lumínica, para lo que se suele emplear un filtro conocido como máscara de Bayer para la distinción de los colores. Mediante esta máscara unos fotositos tienen un filtro para recoger solo la luz roja, otros para la verde y otros para el azul.

En comparación otros sensores

Según los fabricantes de CCDs, los sensores CMOS tienen un elevado ruido de patrón fijo (FPN, en inglés, ruido que no varia con el tiempo y que se ve como un fondo fijo en la imagen) pero sus defensores indican que tienen un bajo consumo de energía (lo cual redunda en una mayor autonomía de la cámara). Al parecer, el ‘ruido’ mencionado se debe a que los sensores CMOS convencionales tienen un amplificador por separado en cada píxel y estos amplificadores normalmente no serán uniformes por todo el chip y la desigualdad residual será la que genere el ruido. Por el contrario, todos los píxeles de un CCD se activan a través de una etapa común del amplificador, de modo que se evita este problema.

Por otro lado, los fabricantes de CMOS argumentan que los sensores CCD necesitan una electrónica externa compleja que eleva el coste. En la práctica, es posible encontrar implementaciones de alta calidad de ambas tecnologías.

Finalmente, se achaca a los sensores CMOS una escasa sensibilidad a la luz ultravioleta e infrarroja.

Las ventajas y desventajas dependen en parte de cada dispositivo puesto que es posible encontrar sensores CCD con características similares a los CMOS y viceversa. Sin embargo, es posible listar las características típicas como siguen:

Ventajas

  • Consumo eléctrico muy inferior
  • Económico (necesita pocos componentes externos)
  • Lectura simultánea de mayor número de pixeles
  • El conversor digital puede estar integrado en el mismo chip
  • Escaso Blooming (“Smear”) o inexistente
  • Mayor flexibilidad en la lectura (Previsualización más rápida, vídeo,…)
  • Los pixeles pueden ser expuestos y leídos simultáneamente
  • Otras topologías posibles (el sensor SuperCCD de Fujifilm emplea una construcción en forma de panel (octogonal) para los píxeles)
  • Distintos tipos de píxeles (según tamaño y sensibilidad) combinables
  • Muy alta frecuencia de imagen en comparación a un CCD del mismo tamaño

Desventajas

  • Menor superficie receptora de la luz por píxel
  • Menor uniformidad de los píxeles (mayor ruido de patrón fijo-FPN)
  • Via xatakafoto | wikipedia

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