Se você já tentou tirar uma foto em um restaurante escuro, você sabe que é difícil obter um esclarecimento, imagem de qualidade. No futuro, as câmeras podem não ter problemas sob essas condições, graças a um método recentemente desenvolvido para curvar esfericamente os sensores de imagem plana encontrados nas câmeras digitais atuais.

"Nossa abordagem para curvar os sensores de imagem disponíveis comercialmente poderia tornar possível ter uma nova classe de câmera que seria muito pequena, mas têm uma qualidade de imagem comparável aos sensores de imagem encontrados em câmeras muito maiores, "disse Brian Guenter, líder da equipe de pesquisa da Microsoft. "Além de melhorar as câmeras do consumidor, sensores curvos podem ser usados ​​para criar câmeras melhores para vigilância, visores tipo head-mounted e avanços na navegação de veículos autônomos.

A maioria das câmeras de hoje usa lentes feitas de vários elementos ópticos que corrigem vários erros ópticos, ou aberrações, e que também manipulam a imagem para que ela possa ser detectada por um sensor plano. Usando uma curva, ao invés de plano, sensor de imagem significa que os elementos ópticos têm que fazer menos trabalho para corrigir e nivelar a imagem, tornando possível usar menos elementos ópticos. Isso não se traduz apenas em menor, lentes mais rápidas e menos caras, mas também torna mais fácil melhorar outras propriedades dos componentes ópticos.

"Ao usar sensores curvos, é possível corrigir as aberrações de uma forma muito mais eficiente, tornando mais fácil criar lentes de ângulo muito amplo que produzem imagens nítidas em todo o campo de visão ou para criar lentes rápidas que produzem melhores imagens com pouca luz, "disse Neel Joshi, um membro da equipe de pesquisa. "Também é mais simples fazer câmeras que exibem iluminação uniforme em toda a imagem."

No jornal The Optical Society Optics Express , pesquisadores do laboratório de pesquisa e desenvolvimento da Microsoft HRL Laboratories LLC, relatam que seu novo método pode criar sensores de imagem com curvatura esférica três vezes maior do que o relatado anteriormente. Eles foram capazes de incorporar um dos sensores em um protótipo de câmera. Em comparação com as câmeras SLR (single-lens reflex) comerciais de última geração, a câmera com o novo sensor produziu imagens de alta resolução em todo o campo de visão.

"Embora os benefícios do uso de sensores curvos sejam conhecidos há algum tempo, nosso trabalho agora torna prático criar câmeras com sensores curvos, "disse Richard Stoakley, um membro da equipe de pesquisa. "Adicionar curvatura esférica a um sensor de imagem pronto para uso pode ser feito por um custo razoável e de uma forma que mostra benefícios significativos."

Criando a câmera ideal

A nova abordagem para a criação de sensores curvos surgiu de uma pergunta que os pesquisadores se perguntaram há cerca de sete anos:"Como seria uma câmera ideal?" Eles decidiram que essa câmera tiraria fotos com pouca luz, ser muito pequeno, e produzir imagens extremamente nítidas.

"No momento, não era possível fazer uma câmera assim, "disse Guenter." Pensamos que se pudéssemos melhorar a ótica de uma câmera criando uma lente mais rápida, poderíamos potencialmente usar um sensor menor enquanto ainda obtemos luz suficiente para obter uma boa imagem. Isso nos motivou a começar a investigar sensores curvos como uma forma de alcançar um desempenho revolucionário. "

Para fazer sensores curvos, os pesquisadores colocaram sensores individuais cortados de um wafer de sensor de imagem CMOS em moldes personalizados e, em seguida, usaram pressão pneumática para empurrar cada sensor para dentro do molde. Outras tentativas de curvar um sensor normalmente envolvem colar as bordas e tentar empurrar o centro do sensor. Contudo, isso cria pontos de alta tensão que fazem com que o sensor se estilhace antes de atingir o nível de curvatura desejado.

Os pesquisadores persuadiram significativamente mais curvatura para fora dos sensores, deixando-os flutuar livremente durante o processo de dobra, o que permitiu que as tensões se dissipassem gradualmente. Eles também usaram um molde com formato especial que muito lentamente cria tensão em torno das bordas do chip à medida que é pressionado no molde. A Microsoft contratou a HRL Laboratories, que tem recursos e equipamentos de fabricação de semicondutores, para ajudar a resolver alguns dos desafios físicos específicos envolvidos na dobra dos sensores.

"Este trabalho envolveu muita experimentação, "disse Joshi." Cada superfície envolvida deve ser cuidadosamente tratada para exibir as propriedades exatas necessárias para que o sensor termine com a quantidade certa de tensão sem quebrar. "

Testes mostraram que curvar os sensores não alterou nenhuma de suas características elétricas ou de imagem. Quando usado em uma câmera protótipo com uma lente f / 1.2 especialmente projetada, um sensor curvo exibia uma resolução mais do que o dobro de uma câmera SLR de última geração com lentes semelhantes. Em direção às bordas da imagem, o sensor curvo era cerca de cinco vezes mais nítido do que a câmera SLR.

Embora a maioria das câmeras exiba detecção de luz diminuída em torno dos cantos do sensor de imagem, os pesquisadores mostraram que os sensores curvos quase não perdiam luz. Esta foi uma melhoria significativa em comparação com a diminuição de cerca de 90 por cento medida para a câmera SLR comercial.

"Mostramos que você pode usar um sensor de prateleira, curvá-lo e melhorar drasticamente o desempenho do sistema óptico, "disse Guenter." Isso pode ser feito com custos relativamente baixos e efetivamente sem desvantagens. "

Sensores curvos para telefones celulares

Embora o protótipo de câmera relatado no jornal seja do tamanho de uma pequena câmera de consumo, os pesquisadores dizem que as lentes podem ser pequenas o suficiente para telefones celulares e tablets. Também deve ser possível construir máquinas que possam produzir em massa esses sensores curvos, permitindo que o processamento adicional seja incorporado na fabricação do sensor existente de uma forma que seria bem amortizada na produção em volume.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para ver se melhorias adicionais podem produzir sensores com ainda mais curvatura. Eles também querem experimentar sensores curvos que operam em comprimentos de onda infravermelhos, que pode ser útil para telescópios, Mapeamento espacial 3D, autenticação biométrica e várias aplicações científicas. Embora eles alertem que é improvável que produtos comerciais com sensores curvos estejam disponíveis em breve, eles estão interessados ​​em trabalhar com outras empresas para melhorar ainda mais os sensores e realizar os extenuantes testes de robustez que seriam necessários para se preparar para a produção em massa.

"Acho que abrimos a porta para uma classe inteiramente nova de lentes, "disse Stoakley." Estou animado para ver como nosso grupo e outros usam sensores curvos para alcançar ainda mais melhorias na qualidade da câmera por meio de um design de lente inovador. "