En los últimos años, el término «sensor apilado» se ha vuelto cada vez más común al hablar de los sensores de imagen utilizados en las cámaras. A menudo se utiliza como argumento de venta para los modelos de gama alta y se menciona frecuentemente junto con características como el rendimiento de disparo continuo, las capacidades de vídeo y la facilidad de uso del obturador electrónico.
Sin embargo, es probable que muchos lectores tengan preguntas como: «¿En qué se diferencia de un sensor convencional?», «¿En qué se diferencia de un sensor retroiluminado?» y «¿Los sensores apilados siempre ofrecen mejor calidad de imagen?». Además, la reciente aparición del término «obturador global» ha generado aún más confusión.
Por lo tanto, en esta ocasión, organizaremos nuestra comprensión de los sensores apilados desde la perspectiva de «cómo se relaciona esta tecnología con la facilidad de disparo».
¿Por qué surgieron los sensores apilados?
Para dar una explicación técnica utilizando la imagen más sencilla posible, un sensor de imagen está compuesto por una combinación de «píxeles» que reciben luz y la convierten en señales eléctricas, y «circuitos» que leen y procesan esas señales.
Los sensores convencionales (sensores no apilados) se fabrican mediante la disposición de píxeles y circuitos en un único sustrato. Sin embargo, a medida que aumenta el rendimiento requerido en las cámaras, las limitaciones de este método comienzan a hacerse evidentes. Cuando se busca aumentar el número de píxeles, acelerar la lectura, mejorar el rendimiento del vídeo y optimizar el enfoque automático, resulta difícil integrar todas estas funcionalidades en un solo sustrato.
Aquí es donde entra en juego el concepto de arquitectura apilada. En términos generales, se trata de una estructura donde la parte del «píxel» que recibe la luz y la parte del «circuito» que procesa la señal se apilan una encima de la otra. De esta forma, los píxeles y los circuitos se pueden fabricar mediante procesos independientes, lo que aumenta la flexibilidad del diseño y facilita el logro de mayores velocidades y multifuncionalidad.
Un punto común de confusión radica en la diferencia entre este tipo de sensores y los sensores retroiluminados. Los sensores retroiluminados (BSI) son una tecnología que busca capturar la luz de manera más eficiente al trasladar la capa de cableado, que en los sensores de imagen CMOS frontales (FSI) convencionales se encuentra en el lado por donde entra la luz, al lado opuesto, reduciendo así la influencia del cableado en la superficie receptora de luz.
Por otro lado, el apilamiento es una innovación estructural que separa la disposición de los píxeles y los circuitos. Son dos cosas distintas, y de hecho, también existe una combinación denominada «sensor apilado retroiluminado». En otras palabras, es más fácil entender el apilamiento como una tecnología que afecta a «cómo leer de forma rápida e inteligente» que a «cómo recibir la luz».
¿Cuáles son las ventajas de los sensores apilados?
La mayor ventaja de los sensores apilados es que permiten lecturas más rápidas.
Los sensores de imagen CMOS no procesan toda la información al instante de disparar. En la mayoría de las cámaras, la información se lee secuencialmente, fila por fila, de arriba abajo. Si esta lectura es lenta, los objetos en movimiento pueden aparecer distorsionados al usar el obturador electrónico, o puede producirse la distorsión de obturador rodante, donde los sujetos aparecen inclinados durante movimientos horizontales rápidos. Esta es una de las principales limitaciones de los sensores de imagen CMOS, independientemente de si están apilados o no.
Los sensores apilados se desarrollaron como una tecnología para mejorar la velocidad de lectura. Al apilar los sensores, resulta más fácil incorporar circuitos grandes y con gran detalle (circuitos de lectura de alto rendimiento), lo que aumenta la velocidad de lectura y conlleva las siguientes ventajas:
– Menor distorsión incluso con un obturador electrónico
– Mayor facilidad para lograr disparos continuos de ultra alta velocidad
– Ventajas para pantallas con menos interrupciones y enfoque automático de alta velocidad al seguir sujetos en movimiento.
– Facilita la supresión de la distorsión del obturador rodante (efecto gelatina) durante la grabación de vídeo.
En otras palabras, es mejor considerar el valor de un sensor apilado no como una mejora en la calidad de imagen, sino más bien como una facilidad de uso en situaciones de disparo donde la velocidad es importante. Un sensor apilado no implica automáticamente una mejor calidad de imagen.
Entre las ventajas se incluyen la capacidad de realizar disparos continuos a ultra alta velocidad que superan los 20 fotogramas por segundo, algo imposible con un obturador mecánico, al tiempo que se suprime la distorsión del obturador rodante al mismo nivel que un obturador mecánico, y la capacidad de grabar vídeo a alta velocidad de fotogramas con una distorsión significativamente reducida.
Recuerdo haber quedado increíblemente impresionado cuando tuve en mis manos la Sony α9 en 2017, la primera cámara del mundo con objetivos intercambiables que incorporaba un sensor apilado, y pensé: «¡Los tiempos realmente han cambiado!».
¿Qué son los obturadores globales y el apilamiento parcial?
Por cierto, el «obturador global», que se incluye en la «α9 III» de Sony (2024) y que se ha convertido en un término muy utilizado últimamente, es una tecnología diferente a la de los sensores apilados.
Los sensores de imagen CMOS convencionales leen la información grabada de forma secuencial, línea por línea. Por mucho que se apile la información para acelerar la lectura, siempre habrá una diferencia de tiempo en la misma.
Por otro lado, los sensores de imagen CMOS de obturador global no leen fila por fila secuencialmente, sino que exponen todos los píxeles simultáneamente, eliminando por completo esta diferencia de tiempo. Este método de exposición difiere del de los sensores convencionales. Sin embargo, lograr esta exposición simultánea de todos los píxeles requiere circuitos complejos y de gran tamaño, por lo que es probable que casi siempre se utilicen como sensores apilados.
El hecho de que sea apilado o no se refiere a la estructura del sensor de imagen, mientras que el obturador global se refiere al método de lectura y exposición.
Recientemente, también ha aparecido el término «apilado parcial», como se observa en la Nikon Z6III y la Sony α7 V. El objetivo es acelerar la lectura, y se cree que parte del circuito de lectura se ha reforzado mediante esta configuración. Sin embargo, hasta donde sé, no parece existir una definición del término «apilado parcial», por lo que probablemente sea mejor considerarlo simplemente como un sensor apilado a gran escala que no utiliza apilamientos.
Cabe mencionar que, si bien se dice que las cámaras Canon EOS R5 y EOS R6 Mark III cuentan con sensores no apilados, su velocidad de lectura es muy rápida (para este tipo de sensores), alcanzando una velocidad similar a la de los sensores parcialmente apilados. Dependiendo del diseño del circuito, no siempre es cierto que los sensores no apilados sean simplemente más lentos.
¿Cuáles son las desventajas de los sensores apilados?
Por otro lado, también hay aspectos que conviene tener en cuenta con respecto a los sensores apilados.
La principal ventaja de los sensores apilados reside en su velocidad. Por lo tanto, no necesariamente ofrecen mayor sensibilidad ni rango tonal. El rendimiento del sensor depende de múltiples factores, como el tamaño de píxel, el diseño del circuito, el procesador de imagen y el diseño térmico. Si bien los modelos más recientes pueden haber mejorado la velocidad y la calidad de imagen gracias a las mejoras en el diseño general del sensor, el apilamiento es solo uno de los factores importantes en su rendimiento.
Otra desventaja de los sensores apilados es que requieren la producción de dos chips, uno para los «píxeles» y otro para el «circuito», que luego deben unirse con precisión, lo que resulta en costos de fabricación significativamente más altos en comparación con los sensores de imagen convencionales de una sola capa.
resumen
Han transcurrido aproximadamente 10 años desde que se empezaron a utilizar sensores apilados en las cámaras, y el número de casos en los que se utilizan sensores apilados en modelos de gama media a alta ha aumentado considerablemente.
Para los usuarios que fotografían con frecuencia sujetos en movimiento, usar una cámara con sensor apilado ofrece una experiencia fotográfica completamente diferente a la de las cámaras sin espejo convencionales. Si aún no la has probado, te recomiendo encarecidamente que lo hagas.