¿Qué es un Sensor CCD?
Un sensor CCD (en inglés: Charge-Coupled Device sensor) es un dispositivo semiconductor que convierte la intensidad de la luz en carga eléctrica como un dispositivo de carga acoplada.
Los sensores CCD son un tipo de sensor de imagen (dispositivo de captación de imagen), a veces llamado CCD, y fueron el tipo dominante hasta 2004, cuando fueron superados por los sensores CMOS en cuanto a número de envíos.
Consta de un gran número de elementos, llamados píxeles, dispuestos en forma de cuadrícula. El número de píxeles de una cámara se refiere al número de estos elementos y utiliza la unidad píxel. En la práctica, el número suele ser de millones de píxeles.
Los píxeles que transmiten los tres colores primarios de la luz -rojo, verde y azul (RGB) o sus colores complementarios cian, magenta y amarillo/verde (CMYG)- se disponen en forma de mosaico y se transfieren de un píxel a otro en orden vertical y horizontal, con la señal amplificada por un amplificador antes de ser transferida como datos de imagen. Esta secuencia de movimientos suele denominarse relé de cubo. El cableado se muestra junto al píxel, pero en realidad la sección de cableado se encuentra debajo del píxel.
Usos de los Sensores CCD
Mientras que los sensores CMOS son el tipo de sensor más común en cámaras, videocámaras y escáneres, los sensores CCD se suelen utilizar en muchas cámaras digitales populares, telescopios astronómicos y microscopios debido a su mayor sensibilidad en exposiciones largas.
En los últimos años, los aensores CCD se utilizan cada vez más en las cámaras integradas de los teléfonos móviles. Estos fotodetectores se utilizan en muchos campos, como la medición de la intensidad luminosa, la medición de imágenes, la captación de DVD y la detección de señales ópticas en comunicaciones ópticas.
Principio de los Sensores CCD
Cuando la capa de agotamiento de un fotodiodo recibe luz, en su interior se forman pares electrón-hueco. Esto se denomina efecto fotoeléctrico. A medida que aumenta la intensidad de la luz, aumenta la cantidad de carga almacenada, y el fenómeno por el que se genera una tensión correspondiente a la intensidad de la luz por exposición a la luz se conoce como efecto fotovoltaico.
Los pares electrón-hueco son recogidos por los electrodos debido al campo eléctrico interno de la capa de agotamiento, y a través de ellos fluye una corriente eléctrica. Los sensores CCD se encargan, por tanto, de convertir la intensidad de la luz en una señal eléctrica.
Estructura de los Sensores CCD
Un sensores CCD está formado por un fotodiodo con capas de semiconductores de tipo p, tipo n y tipo i, principalmente de silicio, intercaladas entre una lente de enfoque en el lado de entrada de la luz, un filtro que transmite la luz de una longitud de onda específica y electrodos metálicos (cátodo y ánodo) en la parte superior e inferior, como se muestra en sección transversal.
1. Microlente
Las microlentes se colocan en la superficie superior de cada píxel para enfocar la luz. Como se forman en obleas utilizando materiales de vidrio o resina del mismo modo que los dispositivos semiconductores, también se denominan microlentes en chip.
2. Filtros de Color
Los filtros de color se forman sobre finos sustratos de vidrio con una película resistente al color que transmite selectivamente la luz en un rango específico de longitudes de onda, permitiendo que la luz roja (R, 640-770 nm), verde (G, 490-550 nm) y azul (B, 430-490 nm) entre en el fotodiodo situado directamente debajo. Los fotodiodos se iluminan con la luz que tienen directamente debajo. Para evitar que los colores vecinos se mezclen, entre los filtros de color se forma una fina partición negra denominada matriz negra. Como se fabrican en una oblea semiconductora utilizando el mismo proceso de fabricación que los semiconductores, también se denominan filtros de color en chip.
3. Fotodiodo
Un fotodiodo está formado por un semiconductor de tipo-p en la parte superior (lado por el que entra la luz) y un semiconductor de tipo n en la parte inferior, con un ánodo en la parte superior y un cátodo en la parte inferior; en la unión entre los semiconductores de tipo p y de tipo n (unión pn) se forma un campo eléctrico interno sin carga, denominado capa de agotamiento.