Las promesas y los desafíos de los sensores curvos, como el que Sony acaba de patentar, explicados
Componentes

Las promesas y los desafíos de los sensores curvos, como el que Sony acaba de patentar, explicados

Los sensores de imagen curvos no son nuevos. Al menos no lo es la idea de desarrollarlos como una alternativa muy sólida a los sensores planos convencionales.

Durante los últimos años varias compañías especializadas en la producción de semiconductores han confirmado estar trabajando en el desarrollo de estos dispositivos de imagen, pero sin duda la que más recursos parece estar invirtiendo en su puesta a punto es Sony.

Esta empresa dio a conocer que estaba trabajando en un sensor curvo en el ya lejano mes de junio de 2014. Las características de aquel dispositivo sonaban muy bien, pero en aquel momento resultaba difícil intuir hasta qué punto aquella tecnología tenía posibilidades de madurar.

Afortunadamente, pocas semanas después de aquel anuncio Sony publicó la primera fotografía tomada con su sensor curvo, y nos convenció de que lo que tenía entre manos no era humo. Era real.

Sony ha registrado recientemente la patente de un nuevo sensor curvo que a priori parece haber sido diseñado para ser utilizado en un smartphone

Sin embargo, han pasado siete años desde aquella primera toma de contacto con los sensores curvos, y aún no podemos comprar ningún dispositivo que incorpore uno de ellos. Ni de Sony ni de ninguna otra marca. Durante mucho tiempo desaparecieron del mapa, y solo resurgían tímidamente de vez en cuando involucrando a empresas como Canon o Nikon, además de a Sony.

Pero en diciembre de 2020 la empresa emergente francesa Curve-One nos sorprendió: tenía un prototipo de sensor curvo de 12 megapíxeles con viabilidad comercial. Eso sí, no estaba pensado para ser utilizado en cámaras de fotos; había sido diseñado para aplicaciones científicas. Algo es algo.

En cualquier caso, hay una razón por la que nos hemos animado a retomar este tema ahora: Sony ha registrado recientemente la patente de un nuevo sensor curvo. Podéis consultarla en este enlace, pero, eso sí, solo está disponible en perfecto japonés (la traducción automática a inglés no es gran cosa, aunque algo ayuda).

La teoría avala el esfuerzo que están haciendo Sony y otros fabricantes

Durante los últimos siete años hemos sido testigos del interés que algunas grandes compañías del mercado de la fotografía han depositado en los sensores curvos. Sin embargo, hay algo esencial en lo que aún no hemos indagado: qué tienen de especial y por qué se espera que se consoliden como una opción más atractiva que los sensores planos convencionales.

Estos captadores se inspiran de una forma muy evidente en la curvatura natural que tienen nuestros propios ojos, y también los de la mayor parte de los animales. Y lo hacen por una razón: esta geometría en teoría debería permitirles capturar imágenes de más calidad que las que tomamos con los sensores planos tradicionales.

La teoría refleja de una manera fundada que la superficie curva de estos captadores les permite superar claramente el límite impuesto por la eficiencia cuántica de los sensores planos. Este parámetro evalúa el número efectivo de fotones que incide sobre la superficie fotosensible y que realmente se va a transformar en los electrones que generan el voltaje proporcional al número de partículas incidentes aprovechables.

La teoría defiende que la geometría de los sensores curvos les permitirá entregarnos una menor distorsión que los sensores planos

La habilidad que tendrán los sensores curvos a la hora de aprovechar mejor los fotones que incidirán sobre su superficie les permitirá, siempre según las patentes que ha registrado Sony hasta ahora, duplicar la sensibilidad nativa de los sensores planos en la zona periférica de la luz proyectada por el objetivo, o, lo que es lo mismo, en los bordes del sensor, e incrementarla en un factor de 1,4 en el centro de esa área.

Otra ventaja importante que sobre el papel tendrán estos sensores consiste en que permitirán reducir cinco veces la corriente de oscuridad (dark current), que es un parámetro utilizado en ingeniería electrónica para definir la corriente residual generada por el captador cuando no es estimulado por ningún fotón.

Pero esto no es todo. La teoría también defiende que la geometría de los sensores curvos les permitirá entregarnos una menor distorsión que los sensores planos, especialmente en los bordes del captador, minimizando así las aberraciones geométricas. Estamos hablando mucho del sensor, pero su curvatura también tiene un impacto claro en la geometría de las lentes utilizadas en la óptica con la que debe trabajar.

Sensorcurvo
Este esquema ha sido extraído de la patente que Sony ha registrado recientemente. En el margen inferior de la ilustración podemos ver con claridad lo pronunciada que es la curvatura de este sensor de imagen.

Y es que los objetivos que convivirán con los sensores curvos serán más simples, compactos y ligeros que los objetivos convencionales para sensores planos. La curvatura de la superficie del sensor provocará que la óptica no tenga que preocuparse de corregir la distorsión geométrica, por lo que los objetivos tendrán menos elementos. Esta mayor simplicidad provocará que sean más pequeños y livianos, pero también que tengan un impacto beneficioso en la calidad de imagen.

En teoría las ópticas para sensores curvos recogerán más luz que los objetivos convencionales equivalentes, lo que, de nuevo, ayudará al sensor a recuperar más detalle. Y lo que si cabe es aún más importante: cuando la luz escasee la combinación de un sensor curvo y una óptica adecuada para él debería permitirnos tomar fotografías más detalladas, con unos colores más fidedignos y un menor nivel de ruido.

Es evidente que, como os anticipé unas líneas más arriba, los sensores curvos sobre el papel pintan sorprendentemente bien. Además, deberían poder ser utilizados tanto en smartphones como en cámaras fotográficas digitales, por lo que es probable que cuando lleguen no tarden en hacerse un hueco en un abanico amplio de dispositivos. Sin embargo, no todas las noticias son tan buenas. Hay una razón por la que aún no tenemos dispositivos con sensores curvos, y merece la pena que la exploremos.

El problema: son más difíciles de fabricar, y las ópticas para ellos, también

Este es el gran reto. Fabricar un sensor curvo y una óptica adecuada para él es mucho más complejo que producir un captador y un objetivo convencional. Los sensores curvos se fabrican sobre un sustrato plano y se curvan sometiéndolos a estrés mecánico con una máquina específicamente diseñada para llevar a cabo este proceso.

Los sensores curvos se fabrican sobre un sustrato plano y se curvan sometiéndolos a estrés mecánico

El sustrato inicialmente es plano, pero, eso sí, ha sido diseñado para facilitar su curvatura cuando es sometido a un determinado nivel de presión. Una vez que el sensor tiene la curvatura adecuada es preciso estabilizar su geometría aplicándole un revestimiento cerámico. Y, como podemos intuir, este procedimiento no solo es complejo; también parece razonable concluir que es más caro que la producción de sensores planos. Aunque, eso sí, cuando llegue el momento la fabricación en grandes cantidades debería reducir el coste por unidad producida.

Si nos ceñimos al otro ingrediente de esta receta, los objetivos, podemos intuir que deben ser capaces de proyectar la luz de una forma completamente homogénea sobre la superficie curva del captador y sin introducir aberraciones. Teniendo esto presente parece razonable concluir que es más fácil resolver este problema en una óptica con focal fija que en un objetivo con zoom. De hecho, en Sony lo han reconocido.

Afortunadamente, los desafíos que plantea la producción de sensores curvos y ópticas adecuadas para ellos son importantes, pero no parecen en absoluto insuperables. Podemos estar seguros de que van a llegar, y, con un poco de suerte, quizá ya no tengamos que esperar mucho más hasta que llegue este momento. La nueva patente de Sony nos invita a ser moderadamente optimistas. Crucemos los dedos.

Imagen de portada | Pablo Contreras

Más información | Patente Sony (en japonés)

Temas
Inicio