Si alguna vez ha intentado tomar una foto en un restaurante oscuro, sabes que es difícil tener una clara, imagen de calidad. En el futuro, Es posible que las cámaras no tengan problemas en estas condiciones gracias a un método recientemente desarrollado para curvar esféricamente los sensores de imagen plana que se encuentran en las cámaras digitales actuales.

"Nuestro enfoque para curvar los sensores de imagen disponibles comercialmente podría hacer posible tener una nueva clase de cámara que sería muy pequeña, pero tienen una calidad de imagen comparable a los sensores de imagen que se encuentran en cámaras mucho más grandes, "dijo Brian Guenter, líder del equipo de investigación de Microsoft. "Además de mejorar las cámaras de los consumidores, Los sensores curvos podrían usarse para crear mejores cámaras para vigilancia, pantallas montadas en la cabeza y avances en la navegación de vehículos autónomos.

La mayoría de las cámaras actuales utilizan lentes hechos de múltiples elementos ópticos que corrigen varios errores ópticos, o aberraciones, y que también manipula la imagen para que pueda ser detectada por un sensor plano. Usando una curva, en lugar de plano, sensor de imagen significa que los elementos ópticos tienen que hacer menos trabajo para corregir y aplanar la imagen, lo que permite utilizar menos elementos ópticos. Esto no solo se traduce en menores, lentes más rápidas y menos costosas, pero también facilita la mejora de otras propiedades de los componentes ópticos.

"Cuando se utilizan sensores curvos, es posible corregir las aberraciones de una manera mucho más eficiente, facilitando la creación de lentes de gran angular que producen imágenes nítidas en todo el campo de visión o la creación de lentes rápidos que producen mejores imágenes con poca luz, "dijo Neel Joshi, miembro del equipo de investigación. "También es más sencillo hacer cámaras que exhiban una iluminación uniforme en toda la imagen".

En la revista The Optical Society Óptica Express , investigadores del laboratorio de investigación y desarrollo de Microsoft HRL Laboratories LLC, informan que su nuevo método puede crear sensores de imagen con tres veces más curvatura esférica de lo que se informó anteriormente. Han podido incorporar uno de los sensores en un prototipo de cámara. En comparación con las cámaras réflex de lente única (SLR) comerciales de gama alta de hoy en día, la cámara con el nuevo sensor produjo imágenes de mayor resolución en todo el campo de visión.

"Aunque los beneficios de utilizar sensores curvos se conocen desde hace algún tiempo, Nuestro trabajo ahora hace que sea práctico crear cámaras con sensores curvos, "dijo Richard Stoakley, miembro del equipo de investigación. "Agregar curvatura esférica a un sensor de imagen estándar se puede hacer por un costo razonable y de una manera que muestra beneficios significativos".

Creando la cámara ideal

El nuevo enfoque para crear sensores curvos surgió de una pregunta que los investigadores se hicieron hace unos siete años:"¿Cómo sería una cámara ideal?" Decidieron que una cámara de este tipo tomaría fotografías con muy poca luz, ser muy pequeño y producir imágenes extremadamente nítidas.

"En el momento, no era posible hacer una cámara así, ", dijo Guenter." Pensamos que si podíamos mejorar la óptica de una cámara mediante la creación de una lente más rápida, potencialmente podríamos usar un sensor más pequeño mientras aún recolectamos suficiente luz para obtener una buena imagen. Eso nos motivó a comenzar a investigar los sensores curvos como una forma de lograr potencialmente un rendimiento revolucionario ".

Para hacer sensores curvos, los investigadores colocaron sensores individuales cortados de una oblea de sensor de imagen CMOS adelgazada en moldes hechos a medida y luego usaron presión neumática para empujar cada sensor hacia abajo en el molde. Otros intentos de curvar un sensor normalmente han implicado pegar los bordes hacia abajo y tratar de empujar el centro del sensor. Sin embargo, esto crea puntos de alta tensión que hacen que el sensor se rompa antes de alcanzar el nivel de curvatura objetivo.

Los investigadores sacaron significativamente más curvatura de los sensores al dejarlos flotar libremente durante el proceso de doblado. lo que permitió que las tensiones se disiparan gradualmente. También utilizaron un molde de forma especial que genera tensión muy lentamente alrededor de los bordes de la viruta a medida que se presiona en el molde. Microsoft contrató a HRL Laboratories, que tiene capacidades y equipos de fabricación de semiconductores, para ayudar a resolver algunos de los desafíos físicos específicos relacionados con la flexión de los sensores.

"Este trabajo implicó una gran cantidad de experimentación, ", dijo Joshi." Cada superficie involucrada tiene que ser tratada cuidadosamente para exhibir las propiedades exactas necesarias para que el sensor termine con la cantidad correcta de tensión sin romperse ".

Las pruebas mostraron que curvar los sensores no cambiaba ninguna de sus características eléctricas o de imagen. Cuando se utiliza en una cámara prototipo con una lente f / 1.2 especialmente diseñada, un sensor curvo exhibió una resolución más del doble que una cámara SLR de gama alta con una lente similar. Hacia los bordes de la imagen, el sensor curvo era unas cinco veces más nítido que la cámara SLR.

Aunque la mayoría de las cámaras presentan una detección de luz disminuida alrededor de las esquinas del sensor de imágenes, los investigadores demostraron que los sensores curvos casi no perdían luz. Esta fue una mejora significativa en comparación con la disminución de alrededor del 90 por ciento medida para la cámara SLR comercial.

"Demostramos que se puede llevar un sensor estándar, curvarlo y mejorar drásticamente el rendimiento del sistema óptico, ", dijo Guenter." Esto se puede hacer con costos relativamente bajos y efectivamente sin inconvenientes ".

Sensores curvos para teléfonos móviles

Aunque el prototipo de cámara que se informa en el documento es del tamaño de una cámara de consumidor pequeña, los investigadores dicen que las lentes podrían hacerse lo suficientemente pequeñas para teléfonos móviles y tabletas. También debería ser posible construir máquinas que pudieran producir en masa estos sensores curvos, permitiendo que el procesamiento adicional se incorpore en la fabricación de sensores existente de una manera que amortizaría bien el volumen de producción.

Los investigadores ahora están trabajando para ver si nuevas mejoras podrían producir sensores con aún más curvatura. También quieren experimentar con sensores curvos que operan en longitudes de onda infrarrojas, que podría ser útil para telescopios, Mapeo espacial 3D, autenticación biométrica y diversas aplicaciones científicas. Aunque advierten que es poco probable que pronto estén disponibles productos comerciales con sensores curvos, están interesados ​​en trabajar con otras empresas para mejorar aún más los sensores y realizar las extenuantes pruebas de robustez que serían necesarias para prepararse para la producción en masa.

"Creo que hemos abierto la puerta a una clase de lentes completamente nueva, ", dijo Stoakley." Estoy emocionado de ver cómo nuestro grupo y otros usan sensores curvos para lograr aún más mejoras en la calidad de la cámara a través de un diseño de lente innovador ".