Cos’è un sensore C-MOS

I sensori si dividono in due categorie, appunto CCD (Charge-Coupled Device, dispositivo ad accoppiamento di carica) e CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). I processi di fabbricazione dei due sensori sono differenti, così come lo è la disposizione dei circuiti su di essi, fermo restando che si tratta sempre di piastrine piene di fotodiodi che raccolgono la luce e la convogliano.

SENSORE CMOSAi fini fotografici la differenza più rilevante è quella relativa proprio alla raccolta di luce. Nei CCD la carica elettrica immagazzinata dai singoli fotodiodi viene trasferita, accumulandosi man mano lungo le file di fotodiodi, fino ai bordi del sensore, dove poi viene amplificata ed infine convertita in un segnale digitale (da un apposito ADC, Analog-to-Digital Converter). In pratica la carica elettrica viene letta una riga alla volta, e poi il parziale (di ogni riga) viene riportato alla riga successiva e così via, in sequenza, fino a coprire l’intero sensore. Chi ha studiato un po’ di elettronica si rende conto che in un sensore CCD, dunque, viene trasportata della carica elettrica.

I sensori fabbricati con un processo di tipo CMOS, invece, lavorano diversamente: ogni fotodiodo dispone di un amplificatore e di un convertitore, quindi la carica elettrica accumulata viene convertita in differenza di potenziale – il cui trasporto richiede molta meno energia. Se tutto questo vi dice poco, limitatevi a prendere atto solo della conseguenza più evidente: a parità di altre condizioni, un sensore CMOS consuma meno di un sensore CCD. Senza dilungarsi sui dettagli delle due tipologie di sensori, possiamo elencare alcuni punti fermi riguardo i sensori di tipo CMOS:

1) Tendono ad essere di più facile fabbricazione e più economici, consentono di implementare sul sensore stesso, dei componenti che i sensori CCD non ospitano (l’amplificatore, l’ADC), e questo porta alla realizzazione di chip più piccoli: ciò spiega perché i sensori di tipo CMOS sono la norma sui cellulari, sulle fotocamere compatte, e così via. Come detto, a parità di altre condizioni consumano (e scaldano) di meno.

A questo punto verrebbe da chiedersi perché si trovino ancora in giro dei CCD – ed anzi perché i sensori destinati ai dorsi medio formato, prodotti di elevata qualità e dalla squisita vocazione professionale (per non parlare dei prezzi) realizzati da nomi come Hasselblad-Imacon e Phase One, siano sempre e solo CCD.

La risposta è: qualità d’immagine. I sensori CCD hanno le potenzialità per offrire una maggiore gamma dinamica, meno rumore e maggiore sensibilità.
Non che i CMOS non vadano bene, intendiamoci: attualmente tutte le reflex – anche quelle professionali – del marchio leader di mercato, Canon, sono basate su sensori di tipo CMOS. La verità è che non esiste una tecnologia intrinsecamente superiore all’altra, perché il risultato finale dipende da come la tecnologia viene implementata.

In generale i sensori CMOS hanno due limiti: il rumore e la sensibilità. Poiché c’è un amplificatore per ogni fotodiodo, basta una minima disuniformità nel funzionamento di uno o più di questi amplificatori per generare pixel irregolari e/o disturbati: di qui la maggiore tendenza al rumore, per minimizzare la quale naturalmente esistono vari sistemi sui quali non ci dilunghiamo. Inoltre, proprio la maggiore presenza di circuiteria sul sensore genera più rumore rispetto ad un CCD – perché, come si è detto più sopra, un po’ di rumore accompagna inevitabilmente ogni componente elettronico.

Quanto alla sensibilità, sempre perché i sensori CMOS ospitano più circuiti (rispetto ai CCD), ne deriva che una parte della loro superficie non è destinata alla raccolta di luce (la percentuale di un punto realmente utilizzata per raccogliere luce si chiama “fill factor“) ma appunto ad ospitare tali circuiti; a questo si può ovviare adottando delle microlenti e naturalmente il miglioramento dei processi produttivi consente di fabbricare circuiteria sempre più piccola (e quindi di “sprecare” meno spazio sul sensore).


Commenti

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