El sensor fotográfico.

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La Fotografía, como su propio nombre indica, es el procedimiento por medio del cual se obtienen imágenes con ayuda de la luz. Este término fue introducido en 1839 por Sir John Frederick William Herschel (1792 – 1871), al utilizarlo en un trabajo presentado ante la Royal Society, el término deriva de las raíces griegas photós (luz) y graphía (escritura).

Cuando nos referimos a la Fotografía Digital, estamos haciendo referencia a un proceso capaz de capturar imágenes por acción de la luz interpretándolas por medios informáticos.

Por este motivo es necesario que nuestra cámara digital posea algún sistema que permita capturar la imagen formada dentro de la cámara, dicho sistema es el comúnmente denominado “Sensor Digital”, que reemplaza a la emulsión química fotosensible de la película fotográfica.

El sensor es un componente electrónico conformado por un chip de silicón, para el fotógrafo resulta muy conveniente comprender su constitución y funcionamiento básicos, ya que esto le permitirá conocer tanto las limitaciones como las posibilidades, de registro fotográfico, que los distintos tipos de sensores le pueden ofrecer.

La tecnología desarrollada alrededor de la Fotografía Digital avanza muy rápidamente, sin embargo, existen fundamentalmente dos tipos de sensores utilizados en la Fotografía Digital, el CCD (Charged Coupled Device) y el CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

CCD

Inventado en 1969 por científicos que trabajaban para la empresa norteamericana Bell Labs, durante mucho tiempo se trató del fotosensor más utilizado en cuestiones de formación de imagen digital.

Está compuesto por un chip de silicón que presenta un arreglo de fotositos en forma de cuadrícula, la función de estos fotositos es la de “capturar” los fotones que inciden sobre ellos, para cada uno de estos fotositos se interpreta la corriente eléctrica producto de la “captura” de fotones por efecto piezoeléctrico. El término acoplador de carga (Charged Coupled) hace referencia a la manera en que estos paquetes de carga eléctrica son leídos.

El sensor de tipo CCD por sí mismo no es capaz de transformar esta señal eléctrica (análoga) en una señal digital, por lo que requiere de otro circuito electrónico para tal efecto, este circuito es el denominado convertidor análogo digital ADC por sus siglas en inglés (Analog to Digital Converter).

CMOS

El fotosensor denominado semiconductor complementario de óxido metálico, CMOS por sus siglas en inglés (Complementary Metal Oxide Semiconductor) fue inventado en 1963 por Frank Wanlass (1933 – 2010).

También se trata de un chip de silicón con un arreglo de fotositos en forma de cuadrícula, en este caso, cada fotosito está integrado por un fotodiodo y tres transistores lo que permite que la corriente eléctrica producida por los fotones sea leída en cada fotosito y sea transmitida directamente a un convertidor digital analógico DACs, por sus siglas en inglés (Digital to Analog Converters) interconstruido en el mismo fotosensor.

A partir de la década de los 90´s este tipo de sensor encontró su nicho en el ámbito de la imagen digital, a grado tal que es el tipo de sensor más utilizado en la actualidad en cámaras fotográficas.

En comparación con el CCD, el CMOS presentaba menor sensibilidad a la luz en su diseño original, en 1990 la compañía Sony anunció una variante de este tipo de sensor denominado sensor por retroiluminación BSI, por sus siglas en inglés (Back Side Illuminated), en este tipo de sensor CMOS, la posición de los fotositos se coloca por delante de los transistores, lo que mejora la sensibilidad a la luz al tiempo que disminuye el ruido digital. Actualmente la mayoría de las cámaras fotográficas DSLR poseen sensores de tipo CMOS BSI.

Como podemos suponer, el tamaño de cada fotosito es micrométrico, por lo que la cantidad de ellos en un sensor es muy alta (millones), cantidad total que dependerá de la superficie sensible presente en el sensor, es decir, del formato del sensor.

Sea cual sea el tipo de fotosensor, contienen una capa de fotositos, cada uno de los cuales registra un pequeño punto de la luz que conforma la imagen formada dentro de la cámara, de un modo similar a la emulsión fotográfica, de manera tal que la combinación total de puntos conformará la imagen fotográfica.

Existen diversos tamaños de fotosensores, la diferencia fundamental entre ellos es la superficie capaz de captar la imagen, de un modo muy semejante a los diversos formatos de la película fotográfica.

Las dimensiones de la cámara son una limitante para el tamaño del sensor que pueda contener, un sensor «full frame» con dimensiones aproximadas de 24 X 36 mm. es muy adecuado en una cámara cuyas dimensiones se asemejen a una cámara 35 mm., tan es así que estos diseños reciben el nombre de cámaras DSLR, por sus siglas en inglés (Digital Single Lens Reflex).

Actualmente tenemos una tendencia a instalar este formato de sensores en cámaras con diseños más compactos, tal es el caso de las cámaras mirrorless más actuales presentadas por las empresas Canon y Nikon.

También se pueden incorporar sensores de un tamaño menor en cuerpos de cámaras SLR, tal es el caso de la mayoría de los modelos de cámaras DSLR de niveles de entrada e intermedios de los mayores fabricantes, en éstas se incorporan sensores de formato APS, que poseen dimensiones menores que el sensor “full frame”.

Como podemos observar en nuestra tabla comparativa, los tamaños de los sensores no están del todo estandarizados, incluso las dimensiones indicadas pueden variar ligeramente. En el caso de los sensores Tipo 1, es un grupo de sensores de dimensiones muy reducidas, este tipo de sensores son los que podemos encontrar en cámaras compactas y por supuesto en las cámaras incorporadas en los teléfonos celulares.

Por supuesto, un sensor con una mayor superficie fotosensible formará una imagen conformada por una mayor cantidad de “puntos”. Esta diferencia respecto a la cantidad de puntos brinda a la imagen distintas características, aunque por supuesto, el costo del sensor es mucho mayor mientras mayores sean sus dimensiones.

Referencias: