Un sensor retroiluminado , también conocido como sensor de iluminación trasera ( BI ), es un tipo de sensor de imagen digital que utiliza una nueva disposición de los elementos de imagen para aumentar la cantidad de luz capturada y así mejorar el rendimiento con poca luz.
La técnica se utilizó durante algún tiempo en funciones especializadas, como cámaras de seguridad con poca luz y sensores astronómicos, pero era compleja de construir y requería mayor perfeccionamiento para que su uso fuera generalizado. Sony fue el primero en reducir estos problemas y sus costos lo suficiente como para introducir un sensor BI CMOS de 5 megapíxeles y 1,75 µm a precios de consumo general en 2009. [1] [2] Desde entonces , los sensores BI de OmniVision Technologies se han utilizado en electrónica de consumo de otros fabricantes como en el teléfono inteligente Android HTC EVO 4G [3] [4] y como un importante punto de venta para la cámara del iPhone 4 de Apple . [5] [6]
Una cámara digital tradicional con iluminación frontal está construida de manera similar al ojo humano , con una lente en la parte frontal y fotodetectores en la parte posterior. Esta orientación tradicional del sensor coloca la matriz activa del sensor de imagen de la cámara digital (una matriz de elementos de imagen individuales) en su superficie frontal y simplifica la fabricación. Sin embargo, la matriz y su cableado bloquean parte de la luz y, por tanto, la capa del fotocátodo sólo puede recibir el resto de la luz entrante; Los bloqueos reducen la señal que está disponible para ser capturada. [1]
Un sensor retroiluminado contiene los mismos elementos, pero organiza el cableado detrás de la capa del fotocátodo volteando la oblea de silicio durante la fabricación y luego adelgazando su reverso para que la luz pueda incidir en la capa del fotocátodo sin pasar a través de la capa de cableado. [7] Este cambio puede mejorar la posibilidad de que un fotón de entrada sea capturado de aproximadamente el 60% a más del 90%, [8] (es decir, 1/2 paso más rápido) y la mayor diferencia se observa cuando el tamaño del píxel es pequeño, [ cita necesaria ] ya que el área de captura de luz obtenida al mover el cableado desde la superficie superior (luz incidente) a la inferior (parafraseando el diseño BSI) es proporcionalmente mayor para un píxel más pequeño. [ cita necesaria ] Los sensores BSI-CMOS son más ventajosos en condiciones de sol parcial y otras condiciones de poca luz. [9] Colocar el cableado detrás de los sensores de luz es similar a la diferencia entre el ojo de un cefalópodo y un ojo de vertebrado . Orientar los transistores de matriz activa detrás de la capa del fotocátodo puede provocar una serie de problemas, como diafonía , que provoca ruido en la imagen , corriente oscura y mezcla de colores entre píxeles adyacentes. El adelgazamiento también hace que la oblea de silicio sea más frágil. Estos problemas podrían resolverse mediante mejores procesos de fabricación, pero sólo a costa de menores rendimientos y, en consecuencia, precios más altos. A pesar de estos problemas, los primeros sensores de BI encontraron usos en funciones específicas donde su mejor rendimiento en condiciones de poca luz era importante. Los primeros usos incluyeron sensores industriales, cámaras de seguridad, cámaras microscópicas y sistemas astronómicos. [8]
Otras ventajas de un sensor BSI incluyen una respuesta angular más amplia (que brinda más flexibilidad para el diseño de lentes) y velocidades de lectura posiblemente más rápidas. Las desventajas incluyen una peor uniformidad de respuesta.
Observadores de la industria [ ¿quién? ] señaló que, en teoría, un sensor retroiluminado podría costar menos que una versión similar con iluminación frontal. La capacidad de recolectar más luz significó que una matriz de sensores de tamaño similar podría ofrecer una resolución más alta sin la caída en el rendimiento con poca luz asociada con la carrera de megapíxeles (MP). Alternativamente, se podría ofrecer la misma resolución y capacidad en condiciones de poca luz en un chip más pequeño, lo que reduciría los costos. La clave para lograr estas ventajas sería un proceso mejorado que abordara los problemas de rendimiento, en gran medida mejorando la uniformidad de una capa activa en la parte frontal de los detectores. [8]
Se dio un paso importante en la adopción de sensores de BI cuando OmniVision Technologies probó sus primeros sensores utilizando esta técnica en 2007. [10] Estos sensores, sin embargo, no tuvieron un uso generalizado debido a sus altos costos. El primer sensor de BI ampliamente utilizado fue el OmniVision OV8810, que se anunció el 23 de septiembre de 2008 y contenía 8 megapíxeles de 1,4 µm de tamaño. [11] El OV8810 se utilizó en HTC Droid Incredible [12] y HTC EVO 4G , [4] [3] que se lanzaron en abril y junio de 2009, respectivamente. En junio de 2009, OmniVision anunció el OV5650 de 5MP, [13] que tenía la mejor sensibilidad con poca luz a 1300 mV/lux-seg y la altura de pila más baja de la industria a 6 mm. [14] Apple seleccionó el OV5650 para usarlo en la cámara trasera del iPhone 4, que obtuvo buenas críticas por sus fotografías con poca luz. [15]
El trabajo de Sony en nuevos materiales y procesos de fotodiodos les permitió presentar su primer sensor retroiluminado de consumo como su " Exmor R " basado en CMOS en agosto de 2009. [1] Según Sony, el nuevo material ofrecía una señalización de +8 dB y -2 Ruido en dB. Cuando se combina con el nuevo diseño retroiluminado, el sensor mejoró el rendimiento en condiciones de poca luz hasta dos veces. [1] El iPhone 4s empleaba un sensor de imagen fabricado por Sony. En 2011, Sony implementó su sensor Exmor R en su teléfono inteligente insignia Sony Ericsson Xperia Arc . [dieciséis]
En enero de 2012, Sony desarrolló aún más el sensor iluminado en la parte posterior con Stacked CMOS , [3] donde el circuito de soporte se mueve debajo de la sección de píxeles activos, lo que brinda otra mejora del 30% en la capacidad de captura de luz. [17] Sony lo comercializó en agosto de 2012 como Exmor RS con resoluciones de 13 y 8 megapíxeles efectivos. [18]
En octubre de 2012, GoPro utilizó un sensor Sony IMX117 como primer sensor BSI en sus cámaras de acción, en la Hero3 Black. [19]
En septiembre de 2014, Samsung anunció el primer sensor APS-C del mundo que adopta la tecnología de píxeles BSI. [20] [3] Este sensor de 28 MP (S5KVB2) fue adoptado por su nuevo sistema de cámara compacto, el NX1, y se exhibió junto con la cámara en Photokina 2014 .
En junio de 2015, Sony anunció la primera cámara que empleaba un sensor de fotograma completo con iluminación trasera , la α7R II . [3]
En agosto de 2017, Nikon anunció que su próxima Nikon D850 , una cámara SLR digital de fotograma completo , tendría un sensor retroiluminado en su nuevo sensor de 45,7 MP.
En septiembre de 2018, Fujifilm anunció la disponibilidad de la X-T3 , una cámara de lentes intercambiables sin espejo , con un sensor retroiluminado Fujifilm X-Trans APS-C de 26,1 MP. [21]
En abril de 2021, Canon anunció que su nuevo modelo R3 contaría con un sensor CMOS apilado, retroiluminado y de fotograma completo de 35 mm y un procesador de imagen DIGIC X. [22]
En abril de 2021, Ricoh lanzó la Pentax K-3 III con un sensor APS-C BSI de 26 megapíxeles de Sony y un procesador de imagen PRIME V.
En mayo de 2021, Sony anunció un nuevo sensor apilado retroiluminado para el formato Micro Four Thirds . [23]