Sensor CMOS

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Sensor CMOS
Uno de los primeros CMOS-APS, desarrollado por la NASA.

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.

Contenido

Principio de funcionamiento

El APS, al igual que el sensor CCD, se basa en el efecto fotoel√©ctrico. Est√° formado por numerosos fotositos, uno para cada p√≠xel, que producen una corriente el√©ctrica que var√≠a en funci√≥n de la intensidad de luz recibida. En el CMOS, a diferencia del CCD se incorpora un amplificador de la se√Īal el√©ctrica en cada fotosito y es com√ļn incluir el conversor digital en el propio chip. En un CCD se tiene que enviar la se√Īal el√©ctrica producida por cada fotosito al exterior y desde all√≠ se amplifica.

La ventaja es que la electr√≥nica puede leer directamente la se√Īal de cada p√≠xel con lo que se soluciona el problema conocido como blooming, por el que la recepci√≥n de una gran intensidad lum√≠nica en un punto influye en los p√≠xeles adyacentes (un brillo fuerte produce l√≠neas blancas en la imagen). La desventaja es que entre los receptores de luz (fotositos) se encuentra mucha electr√≥nica que no es sensible a la luz, lo que implica que no pueda captar tanta luz en una misma superficie del chip. La soluci√≥n al problema vino no s√≥lo por una mayor densidad de integraci√≥n, por lo que la electr√≥nica no sensible se reduc√≠a en tama√Īo, sino por la aplicaci√≥n de microlentes que a modo de lupa concentran la luz de cada celda en su fotosito.

Filtro Bayer utilizado en numerosas c√°maras digitales.

Debido a que no se pod√≠a alcanzar la densidad de integraci√≥n necesaria para competir con el CCD, esta tecnolog√≠a careci√≥ de importancia durante los a√Īos 70, 80 y mitad de los 90.

Al igual que ocurre con el CCD, los fotositos captan √ļnicamente intensidad lum√≠nica, para lo que se suele emplear un filtro conocido como m√°scara de Bayer para la distinci√≥n de los colores. Mediante esta m√°scara unos fotositos tienen un filtro para recoger solo la luz roja, otros para la verde y otros para el azul.

En comparación otros sensores

Seg√ļn los fabricantes de CCDs, los sensores CMOS tienen un elevado ruido de patr√≥n fijo (FPN, en ingl√©s, 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 energ√≠a (lo cual redunda en una mayor autonom√≠a de la c√°mara). Al parecer, el 'ruido' mencionado se debe a que los sensores CMOS convencionales tienen un amplificador por separado en cada p√≠xel y estos amplificadores normalmente no ser√°n uniformes por todo el chip y la desigualdad residual ser√° la que genere el ruido. Por el contrario, todos los p√≠xeles de un CCD se activan a trav√©s de una etapa com√ļn 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 el√©ctrico muy inferior
  • Econ√≥mico (necesita pocos componentes externos)
  • Lectura simult√°nea de mayor n√ļmero de pixeles
  • El conversor digital puede estar integrado en el mismo chip
  • Escaso Blooming ("Smear") o inexistente
  • Mayor flexibilidad en la lectura (Previsualizaci√≥n m√°s r√°pida, v√≠deo,...)
  • Los pixeles pueden ser expuestos y le√≠dos simult√°neamente
  • Otras topolog√≠as posibles (el sensor SuperCCD de Fujifilm emplea una construcci√≥n en forma de panel (octogonal) para los p√≠xeles)
  • Distintos tipos de p√≠xeles (seg√ļn tama√Īo y sensibilidad) combinables
  • Muy alta frecuencia de imagen en comparaci√≥n a un CCD del mismo tama√Īo

Desventajas

  • Menor superficie receptora de la luz por p√≠xel
  • Menor uniformidad de los p√≠xeles (mayor ruido de patr√≥n fijo-FPN)

Aplicaciones

Debido a su bajo coste, el APS comenzó a emplearse masivamente en webcams y en las cámaras de los teléfonos móviles. Sin embargo, hoy día también se utiliza en cámaras DSLR de Canon, Nikon, Pentax Sony y Sigma, pues no sólo superan en luminosidad a los sensores CCD, sino que también producen menos ruido.

En el campo de las videocámaras siguen usándose en 2005 sensores CCD, con la excepción de las cámaras de alta definición Sony HDR-HC1, HDR-HC3 y la Sony FX7 (que utiliza 3 sensores CMOS). También se emplea el APS en cámaras industriales.

Véase también

Enlaces externos


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