Nell'articolo Sensori digitali abbiamo introdotto questo fondamentale componente delle nostre fotocamere digitali, che permettere fisicamente la formazione della fotografia. In questo pagina approfondiamo le differenze costruttive e tecnologiche dei due tipi di sensori più diffusi, i CCD e i CMOS. Ai fini fotografici la differenza più rilevante è quella relativa alla raccolta di luce.

 

Nei CCD la carica elettrica immagazzinata dai singoli fotodiodi viene trasferita, accumulandosi man mano lungo le file di fotodiodi, fino ai bordi del sensore, dove poi viene amplificata ed infine convertita in un segnale digitale (da un apposito ADC, Analog-to-Digital Converter). In pratica la carica elettrica viene letta una riga alla volta, e poi il parziale (di ogni riga) viene riportato alla riga successiva e così via, in sequenza, fino a coprire l’intero sensore. In un sensore CCD, dunque, viene trasportata della carica elettrica. 

I sensori fabbricati con un processo di tipo CMOS, invece, lavorano diversamente: ogni fotodiodo dispone di un amplificatore e di un convertitore e quindi la carica elettrica accumulata viene convertita in differenza di potenziale, il cui trasporto richiede molta meno energia. Il consumo energetico è di 1/100 rispetto al quello necessario ad un CCD.

I CMOS, dal momento che la tecnologia richiesta è più semplice, sono più economici: le versioni più recenti si avvicinano alle prestazioni dei CCD e consentono di essere maggiormente miniaturizzati.
Perché allora ci sono ancora in giro dei CCD? Ed ancora, perché i sensori destinati alle fotocamere professionali a medio formato sono sempre e solo CCD? La risposta è: la qualità d’immagine. I sensori CCD hanno le potenzialità per offrire una maggiore gamma dinamica, meno rumore e maggiore sensibilità. Non che i CMOS non vadano bene: ad oggi ad esempio tutte le reflexprodotte dalla Canon, anche quelle professionali, montano sensori CMOS.

In generale i sensori CMOS hanno due limiti: il rumore e la sensibilità. Poiché c’è un amplificatore per ogni fotodiodo,basta una minima disuniformità nel funzionamento di uno o più di questi amplificatori per generare pixel irregolari e/o disturbati: di qui la maggiore tendenza al rumore, per minimizzare la quale naturalmente esistono vari sistemi sui quali non ci dilunghiamo. Inoltre, proprio la maggiore presenza di circuiti sul sensore genera più rumore rispetto ad un CCD (il disturbo - rumore accompagna sempre ogni componente elettronico). Quanto alla sensibilità, sempre perché i sensori CMOS ospitano più circuiti (rispetto ai CCD), ne deriva che una parte della loro superficie non è destinata alla raccolta di luce, ma appunto ad ospitare tali circuiti; a questo si può ovviare adottando delle microlenti e naturalmente il miglioramento dei processi produttivi consente di fabbricare circuiteria sempre più piccola (e quindi di sprecare meno spazio sul sensore).

Insomma, la verità è che non esiste una tecnologia intrinsecamente superiore all’altra, perché il risultato finale dipende da come questa viene sviluppata.