Varias compañías han traído sensores de imagen de vanguardia al mercado recientemente, incluidos Toshiba, Sony y Samsung. Estos sensores de imagen tienen la capacidad de mejorar los sistemas de procesamiento de imágenes en los que se colocarán, cada uno debido a sus propias innovaciones únicas.

Una breve revisión de la tecnología del sensor de imagen

Antes de sumergirnos en la esencia de estos sensores, es importante que primero establezcamos qué es un sensor de imagen.
En resumen, un sensor de imagen toma la luz como entrada y la convierte en una señal eléctrica. El sensor de imagen toma los parámetros de la luz que recibe, como el color y el brillo, y los pasa a través de los circuitos de procesamiento para convertirlos en una imagen que podamos ver.
Los fotodiodos son el componente de elección para hacer este trabajo, y un fotodiodo es una unión PN. Cuando es golpeado por la luz incidente, comienza a producir pares de electrones y, por lo tanto, conduce corriente, como se muestra en el diagrama:


Símbolo esquemático de fotodiodos y sección transversal. Imagen utilizada por cortesía de Robert Keim

Estos forman los píxeles dentro de los sensores de imagen, que componen las imágenes que vemos. La luz de cada píxel se agrupa para producir una imagen completa.
Entonces, en general, un sensor de imagen es una colección de fotodiodos que recolectan luz y la convierten en una señal eléctrica que luego se envía a los circuitos de procesamiento para obtener la imagen capturada. Para obtener información más detallada sobre este circuito, consulte la serie completa de artículos técnicos del colaborador de AAC Robert Keim sobre los entresijos de los sensores de imagen.
Para tener una breve idea de cómo se está desarrollando la tecnología de sensores de imagen en la industria, revisemos cada uno de los nuevos dispositivos de Toshiba, Sony y Samsung, destacando las especificaciones notables y los problemas que pretenden resolver.

Sensor de Toshiba para acelerar el equipo industrial

Toshiba ha lanzado recientemente dos nuevos sensores de imagen, el TCD1105GFG y el TCD1106GFG. Estos sensores son del tipo de reducción de lente (la lente está curvada para reducir la complejidad de los componentes), sensores de imagen lineal CCD monocromáticos de 1500 píxeles.
CCD, que significa dispositivo de carga acoplada, se refiere a la topología del circuito. CCD es un diseño analógico que optimiza el ruido y la uniformidad de píxeles, pero requiere una gran cantidad de fuentes de voltaje para funcionar correctamente.

Diagrama de bloques del TCD1105GFG
Diagrama de bloques del TCD1105GFG. Imagen utilizada por cortesía de Toshiba (PDF)

Estos sensores de imagen están diseñados para acelerar los equipos industriales que requieren sensores mientras consumen poca energía. El dispositivo tiene una velocidad de datos máxima de 25 MHz y (sorprendentemente para un sistema CCD) una sola fuente de alimentación de 3,3 V.
También contienen circuitos de control interno, como un circuito de muestreo y retención y un generador de temporización, que minimiza los componentes necesarios a su lado.
El TCD1105GFG contiene una función de obturador interno. Además de todo esto, tiene un tamaño de píxel de 5 μm por 50 μm. Estos píxeles más grandes captarán más luz, aumentando así la sensibilidad a la luz de este sensor.

Samsung combina cuatro píxeles en uno para teléfonos inteligentes

En las últimas semanas, Samsung también lanzó su propio sensor de imagen para hacer su presencia en la industria de cámaras de teléfonos inteligentes.
El ISOCELL GN1 es un sensor de 50MP con píxeles de 1,2 μm. Estos pequeños tamaños de píxeles aumentan la precisión y el detalle de la imagen producida.
Sin embargo, el tamaño también aumenta la sensibilidad a la luz al agrupar cuatro píxeles del mismo color que se filtran uno al lado del otro, a diferencia del método RGB nominal donde tres LED de diferentes colores se colocan uno al lado del otro.
Esto permitirá que cuatro píxeles actúen como uno más grande y, por lo tanto, aumentará la sensibilidad a la luz, proporcionando imágenes óptimas en condiciones de poca luz.

Samsung dice que ISOCELL GN1 ofrece imágenes más precisas, incluso en sombras, tonos medios y reflejos
Samsung dice que ISOCELL GN1 ofrece imágenes más precisas, incluso en sombras, tonos medios y reflejos. Imagen utilizada por cortesía de Samsung

El sensor puede enfocar objetos de forma activa y precisa mediante el uso de un par de fotodiodos para un píxel, y el sensor de imagen continuará ajustándose hasta que los dos fotodiodos tengan exactamente la misma respuesta, lo que significa que están enfocados en el mismo objeto exacto.
Esta tecnología generalmente se utiliza en cámaras de teléfonos inteligentes para hasta el 10% de sus píxeles. Pero ahora, Samsung ha desarrollado todos sus píxeles con esta tecnología.
El sensor proporciona a los cuatro minipíxeles que forman un solo píxel diferentes tiempos de exposición, lo que les permitirá detectar mejor las sombras y otros detalles, produciendo así imágenes de alta calidad en áreas con cantidades variables de luz.

Sony Sensors Sense SWIR y luz visible

La afirmación de Sony de la fama en los sensores de imagen es la capacidad de detectar la luz infrarroja de onda corta (SWIR) y la luz visible. Específicamente, los nuevos sensores de imagen de Sony pueden detectar la luz con longitudes de onda que varían de 0.4 μm a 1.7 μm.
Lo hacen con una nueva técnica de diseño de microelectrónica donde usan una conexión de cobre a cobre entre el compuesto que forma los fotodiodos y la capa de silicio. Aquí es donde se encuentra el circuito de lectura.
Si bien generalmente se necesitan varias cámaras para tomar imágenes a través de este amplio rango de longitud de onda, los nuevos sensores de Sony pueden funcionar con una sola cámara.

Sensor de imagen SWIR IMX990
Sensor de imagen SWIR IMX990. Imagen utilizada por cortesía de Sony

Los dos sensores, el IMX990 y el IMX991, tienen un tamaño diagonal de 8,2 mm y 4,1 mm con 1,34 MP y 0,34 MP respectivamente. Ambos sensores contienen dispositivos de enfriamiento termoeléctrico integrados en el paquete, lo que minimiza el tamaño del chip. Sony dice que el sensor contiene los píxeles de 5 μm más pequeños de la industria para sensores de imagen SWIR.
Estos sensores también admiten salida digital, de manera similar a los sensores de imagen CMOS industriales, según Sony. Incluyen muchos de los circuitos normalmente externos requeridos por los sistemas de procesamiento de imágenes, que, a su vez, reducen los costos, la huella y el consumo general de energía del sistema total.

Conclusión

Cada uno de estos dispositivos demuestra cómo los sensores de imagen están avanzando de múltiples maneras, ya sea que mejoren el rendimiento de los equipos industriales, proporcionen imágenes estelares de teléfonos inteligentes o tomen imágenes precisas en una amplia gama de luz visible e invisible.
Si bien es difícil proporcionar una comparación uno a uno de estos sensores debido a sus usos muy diferentes, representan la flexibilidad de esta tecnología. Por ejemplo, el sensor Sony utiliza nuevas metodologías de diseño a pequeña escala, mientras que Toshiba ha optimizado la topología del circuito CCD al requerir solo una fuente de alimentación.


¿Trabajas directamente con sensores de imagen? ¿De qué maneras has visto avanzar esta tecnología en los últimos años? Comparte tu experiencia en los comentarios a continuación.

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