3 Fabricantes de Sensores Cmos en 2024

¿Qué son los Sensores CMOS?

Los sensores CMOS son sensores de imagen utilizados en cámaras digitales y otros equipos fotográficos. La luz recibida por cada uno de los fotodetectores se convierte en carga eléctrica, que se extrae en forma de tensión o corriente en función de la intensidad de la luz a través de un circuito de amplificación formado por sensores CMOS.

En el pasado, los sensores CCD eran el pilar de los sensores de imagen, caracterizados por una estructura en la que la carga es transferida por el CCD y convertida en tensión a través de un amplificador de difusión flotante (FDA).

Los Sensores CCD tienen ventajas sobre los sensores CMOS en cuanto a sensibilidad, relación señal/ruido y baja corriente oscura, pero presentan desventajas en cuanto a complejas configuraciones de la fuente de alimentación, manchas inevitables, procesos de fabricación especializados y la imposibilidad de utilizar equipos de producción LSI CMOS generales. Recientemente, los sensores CMOS se han convertido en el pilar de los sensores de imagen gracias a los avances en los métodos para reducir los efectos de la corriente oscura y mejorar la relación señal/ruido en los sensores CMOS.

Usos de los Sensores CMOS

Los sensores CMOS se han utilizado anteriormente en cámaras montadas en teléfonos inteligentes y tabletas porque son baratos de fabricar. Por otro lado, los sensores CCD de bajo ruido se utilizaban principalmente en cámaras réflex de objetivo único y videocámaras, donde se requiere una alta calidad de imagen.

Sin embargo, a medida que evolucionaron los métodos de reducción de ruido para los sensores CCD, desaparecieron las manchas y el blooming que habían sido un problema con los sensores CCD, y el sensor CCD fue sustituido gradualmente por el sensor CMOS, que ahora se utiliza como sensor de imagen en todo tipo de equipos fotográficos. Los sensores CMOS se utilizan actualmente como sensor de imagen en todo tipo de equipos fotográficos.

Principio de los Sensores CMOS

La función básica de un sensor de imagen es almacenar y transferir la carga eléctrica generada por los elementos receptores de luz dispuestos en gran número en su superficie, convertirla en un voltaje o corriente eléctrica y emitirla. En este sentido, los sensores CCD y CMOS comparten la misma función.

La principal diferencia entre ambos radica en el mecanismo de transferencia de carga: un sensor CCD tiene una rejilla de fotodiodos como elementos receptores de luz, y la carga puede almacenarse temporalmente en la región de tipo N de estos fotodiodos.

Se instala un CCD vertical adyacente a estos fotodiodos, y toda la carga acumulada por cada fotodiodo en un momento dado se transfiere simultáneamente al CCD vertical. Las cargas se transfieren secuencialmente y se entregan al CCD horizontal.

El CCD horizontal transfiere secuencialmente la carga transferida desde el CCD vertical a la FDA, que emite un voltaje correspondiente a la cantidad de carga, proporcionando así una salida de voltaje correspondiente a la intensidad de la luz que irradia los fotodiodos. Como se ha descrito anteriormente, en un sensor CCD, la cantidad de carga de todos los fotodiodos se emite secuencialmente.

Por otra parte, los sensores CMOS están equipados con un fotodiodo como cada elemento receptor de luz, un amplificador para amplificar la salida y un elemento de conmutación para conectar la salida del amplificador a la línea de señal, de modo que la recepción de luz, la conversión, la amplificación y la salida se llevan a cabo para cada fotodiodo.

A partir de esta configuración, los sensores CMOS pueden especificar fotodiodos individuales combinando señales de barrido horizontal y vertical, y extraer la tensión o corriente correspondiente a la cantidad de carga. Así, se puede seleccionar cualquier fotodiodo y leer su señal.

Debido a estas diferencias estructurales, los sensores CMOS tienen la ventaja de que la lectura a alta velocidad es posible limitando la señal al área requerida, etc. y que no se genera ruido de transferencia CCD. Además, en los sensores CCD es inevitable que se produzcan manchas causadas por los componentes de ruido que fluyen hacia el CCD, pero esto no ocurre con los sensores CMOS.

Estructura de los Sensores CMOS

Los sensores CMOS combinan fotodiodos, que son elementos receptores de luz, con amplificadores y elementos de conmutación, e integran muchos más. El proceso de fabricación de los fotodiodos es especial y diferente al de los transistores, pero los demás componentes son idénticos a los de las LSI CMOS, por lo que se pueden utilizar equipos de fabricación CMOS, lo que supone una ventaja con respecto a los CCD.

También están surgiendo novedades en cuanto a la disposición de los fotodiodos. Se trata de una estructura conocida como de tipo retroiluminado, en la que el fotodiodo se coloca en la parte trasera del dispositivo, mientras que los circuitos, como los amplificadores y los elementos de conmutación, se forman en la parte delantera. El fotodiodo y los circuitos se conectan mediante cableado interno. Aunque el proceso de fabricación es más complejo, los fotodiodos pueden colocarse sin huecos, lo que mejora especialmente la eficacia de la captación de luz.

Los circuitos de los sensores CMOS funcionan con una única fuente de alimentación, por lo que básicamente sólo se necesita una única fuente de alimentación de unos 3,3 V, mientras que los sensores CCD requieren que se suministren múltiples tensiones al CCD, que es la vía de transferencia, lo que hace que la configuración de la fuente de alimentación sea más compleja. Sensores CMOS tienen una ventaja en términos de consumo de energía.

Otros datos sobre los Sensores CMOS

1. Cuota de Mercado de los Sensores CMOS

Sony tenía una cuota de mercado dominante cuando los sensores CCD estaban en su apogeo, pero ahora que los sensores CMOS se han convertido en el pilar y su mayor aplicación se ha desplazado a los teléfonos inteligentes, la cuota de mercado de Sony está disminuyendo gradualmente. En 2021, la cuota de mercado de Sony en términos de valor será del 45%, Samsung en segundo lugar con un 26% y OmniVision en tercer lugar con un 11%.

2. Tamaño de los Sensores CMOS

Los sensores CMOS están disponibles en una amplia gama de tamaños, desde grandes a pequeños.
Tomando como ejemplo los sensores CMOS de Canon, existen seis tamaños diferentes de sensores de imagen.

• 35 mm tamaño completo (aprox. 36 mm x 24 mm)
• Tamaño APS-H (aprox. 29 mm x 19 mm)
• Tamaño APS-C (aprox. 22 mm x 15 mm)
  Sin embargo, no se venden al público en general y se limitan al uso para sus propias cámaras.
• 1 pulgada
• 2/3 pulgadas
• 1/1,8 pulgadas

En general, para un mismo número de píxeles, cuanto mayor es el tamaño del sensor, mejor es la calidad de la imagen. Además, cuanto mayor sea la apertura, mejor será la sensibilidad.