Sensor CMOS

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Un dels primers CMOS-APS, desenvolupat per la NASA.

Un sensor CMOS o Active Pixel Sensor (APS) és un sensor d'imatge que detecta la llum fabricat en tecnologia CMOS i per això més conegut com a sensor CMOS. Gràcies a la tecnologia CMOS és possible integrar més funcions en un xip sensor, com ara control de lluminositat, corrector de contrast, o un convertidor analògic-digital.

Principi de funcionament[modifica | modifica el codi]

L'APS, igual que el sensor CCD, es basa en l'efecte fotoelèctric. Està format per nombrosos fotosito*s, un per a cada píxel, que produeixen un corrent elèctric que varia en funció de la intensitat de llum rebuda. Al CMOS, a diferència del CCD s'incorpora un amplificador del senyal elèctric en cada fotosito* i és normal incloure el conversor digital en el propi xip. En un CCD s'ha d'enviar el senyal elèctric produït per cada fotosito* a l'exterior i des d'allà amplificar-la i convertir-la.

L'avantatge és que l'electrònica pot llegir directament el senyal de cada píxel amb el que es soluciona el problema conegut com a blooming, pel que la recepció d'una gran intensitat lumínica en un punt influeix en els píxels adjacents (una brillantor forta produeix línies blanques a la imatge). El desavantatge és que entre els receptors de llum (fotosito*s) es troba molta electrònica que no és sensible a la llum, el que implica que no pugui captar tanta llum en una mateixa superfície del xip. La solució al problema vi no només per una major densitat d'integració, de manera que l'electrònica no sensible es reduïa a mida, sinó per l'aplicació de microlents que a manera de lupa concentren la llum de cada cel en el seu fotosito* .

Filtre Bayer utilitzat en nombroses càmeres digitals

Com que no es podia arribar a la densitat d'integració necessària per competir amb el CCD, aquesta tecnologia no va descollar durant els anys 70, 80 i meitat dels 90.

Igual que passa amb el CCD, els fotosito*s capten únicament intensitat lumínica, per al que se sol emprar un filtre conegut com a màscara de Bayer per a la distinció dels colors. Mitjançant aquesta màscara uns fotosito*s tenen un filtre per recollir només la llum vermella, altres per la verda i altres per al blau.

Comparació amb altres sensors[modifica | modifica el codi]

Segons els fabricants de CCDs, els sensors CMOS tenen un elevat soroll de patró fix (FPN, en anglès, soroll que no varia amb el temps i que es veu com un fons fix en la imatge) però els seus defensors indiquen que tenen un baix consum d'energia (la qual cosa redunda en una major autonomia de la càmera). Pel que sembla, el 'soroll' esmentat es deu al fet que els sensors CMOS convencionals tenen un amplificador per separat en cada píxel i aquests amplificadors normalment no seran uniformes per tot el xip i la desigualtat residual serà la que generi el soroll. En canvi, tots els píxels d'un CCD s'activen a través d'una etapa comuna del amplificador, de manera que s'evita aquest problema.

D'altra banda, els fabricants de CMOS argumenten que els sensors CCD necessiten una electrònica externa complexa que eleva el cost. A la pràctica, és possible trobar implementacions d'alta qualitat d'ambdues tecnologies.

Finalment, s'atribueix als sensors CMOS una escassa sensibilitat a la llum ultraviolada i infraroja.

Els avantatges i desavantatges depenen en part de cada dispositiu, ja que és possible trobar sensors CCD amb característiques similars als CMOS i viceversa. Tanmateix, és possible llistar les característiques típiques com segueixen:

Prestacions[modifica | modifica el codi]

  • Consum elèctric molt inferior
  • Econòmic (necessita pocs components externs)
  • Lectura simultània de major nombre de píxels
  • El convertidor digital pot estar integrat en el mateix xip
  • Escàs Blooming ("Smear") o inexistent
  • Major flexibilitat en la lectura (Previsualització més ràpida, vídeo ,...)
  • Els píxels poden ser exposats i llegits simultàniament
  • Altres topologies possibles (el sensor Super de Fujifilm empra una construcció en forma de panell (octogonal) pels píxels)
  • Diferents tipus de píxels (segons grandària i sensibilitat) combinables
  • Molt alta freqüència d'imatge en comparació a un CCD de la mateixa mida
  • Menor superfície receptora de la llum per píxel
  • Menor uniformitat dels píxels (més soroll de patró fix-FPN)

Aplicacions[modifica | modifica el codi]

A causa del seu baix cost, els APS es van començar a emprar massivament en les webcams i en les càmeres dels telèfons mòbils. No obstant això, avui dia també s'utilitza en càmeres DSLR de Canon, Nikon, Pentax, Sony i Sigma, ja que no només superen als sensors CCD en lluminositat, sinó que també produeixen menys soroll. En el camp de les videocàmeres el 2005 encara es seguien usant sensors CCD, amb l'excepció de les càmeres d'alta definició Sony HDR-HC1, HDR-HC3 i la Sony FX7 (que utilitzen 3 sensors CMOS). També es fa servir l'APS en càmeres industrials.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Sensor CMOS