Obturador en cámaras reflex digitales

Obturador mecánico parcialmente abierto

Hay algo que mosquea de las cámaras digitales, especialmente las réflex modernas actuales (2014):

¿Por qué tienen obturador mecánico las cámaras reflex digitales?

¿No basta con encender y apagar el sensor? Pues sí, y no. Veamos por qué:

Para quitar el obturador mecánico es necesario lo que se llama obturador electrónico GLOBAL.

El Problema

A resumidas cuentas, la tecnología de los sensores CMOS, usados en cámaras réflex actuales, sacarían fotos de peor calidad si tuviesen un obturador global.

El problema, tanto para sensores CCD como CMOS, es que no son capaces de 'expulsar' la información recogida lo suficientemente rápido.

Por poner un ejemplo simplificado, en el tiempo durante el cual están expulsando información de, digamos, la mitad de arriba, la mitad de abajo ha continuado recogiendo luz, conque la parte de arriba y la de abajo no están sincronizadas. Son diferentes fotos.

Captura de video con CMOS sin obturación global.
scorpionvision.co.uk

Este problema lo podemos ver actualmente en los VIDEOS tomados con reflex digitales CMOS al no utilizar el obturador mecánico. En fotos, con tiempos de exposición de hasta 1/4000s o menos, esto es inaceptable!

Con CMOS de las réflex, existe una obturación electrónica por filas que es lenta en comparación con CCD. Es la que se usa para video. Obturador 'rodante' (Rolling shutter) se llama. El tiempo mínimo (velocidad máxima) de obturación electrónica está por los 1/60s.

CMOS vs CCD

Hubo una época en la que cámaras reflex tenían sensores CCD y efectivamente NO tenían obturador mecánico sino electrónico (o híbrido) lo cual era magnífico especialmente para la fotografía con flash. Los CCD tienen una solución para el problema.

En CCD los fotosensores se agrupan por filas, y hay un circuito por cada fila donde se guarda temporalmente el valor recogido. Dicho de otra manera, se guarda una copia immediatamente a la hora de ser tomar la foto. El sensor 'tardío' puede continuar recogiendo luz, que no importa ya que se tomará el valor guardado en la copia y no directamente del sensor. Y es rápido, porque se guarda por fila.

En CMOS, cada fotosensor tiene un circuito. Dichos circuitos de cada fotosensor comparten espacio de superficie con el fotosensor. Para poder tener el obturador global, por lo visto, hace falta un transistor extra en cada circuito del fotosensor, circuitos que recordemos, están al ladito de cada fotosensor. Hacerlo, haría que hubiese menos espacio para el fotosensor. Menos espacio significa, sensor más ruidoso/malo.

Por lo tanto, para CMOS, se usa un obturador mecánico de plano focal (de cortinillas) que puede ir tapando el sensor por partes para que deje de recoger información.

Aspecto del obturador mecánico a diferentes tiempos de exposición.

¿Por qué CMOS?

Oblea de silicio con circuitos impresos.

Se usan sensores CMOS en lugar de CCD, porque son más baratos menos caros, y se fabrican igual que los chips de silicio permitiendo que todo tipo de circuiterio se haga sobre el propio sensor/chip. Electrónicamente dan mucho juego. Pero no el suficiente para un obturador global.

Dicho sea que existen sensores CMOS con obturador global. Pero la calidad de fotos que proporciona no es lo suficientemente buena para incluirla en cámaras reflex. Se usan en otras cámaras que no requieren tanta resolución. 

En resumen, los sensores CMOS no pueden tener obturador electrónico al menos que se invente algo nuevo. Y seguramente acabarán haciéndolo para que puedan sacar video en condiciones. Igual si dejan de sacar cámaras con más y más megapixeles habrá sitio para ese transistor extra que hace falta.

Fuentes:

Steve's Digicams
Wikipedia
Bayerpattern Photography
Caspe Group
Scorpionvision