¡No te pierdas las noticias!
Añade a Teknoblog como fuente preferida en la Búsqueda de Google y nos verás más a menudo en las «Noticias más leídas».
Investigadores de la Universidad de Nagoya han desarrollado un nuevo sensor óptico transparente que podría cambiar el funcionamiento de los sensores de las cámaras digitales. En el estudio, publicado en la revista ACS Nano, se demuestra que las estructuras de nanohojas de óxido de zinc dopado con galio (GZO) pueden detectar la luz roja, verde y azul en un solo píxel. Este enfoque ofrece una solución que podría constituir una alternativa al patrón de filtro de color Bayer, utilizado desde hace muchos años en las cámaras digitales y en las cámaras de los teléfonos inteligentes. Aunque la investigación se encuentra todavía en fase de laboratorio, parece que podría allanar el camino para una nueva generación de sensores de imagen capaces de proporcionar módulos de cámara más delgados y una mayor calidad de imagen.
En los sensores de imagen CMOS que se utilizan actualmente, cada píxel solo puede registrar un componente de color: rojo, verde o azul. La imagen a todo color se crea mediante la combinación, por parte del software, de los datos obtenidos de los píxeles adyacentes. Aunque este método se utiliza de forma generalizada desde hace años, provoca la pérdida de parte de los detalles de la imagen y requiere la colocación de millones de filtros de color sobre el sensor. Además, complica el diseño del módulo de la cámara.
Las capas de óxido de zinc dopado con galio pueden detectar RGB en un solo píxel
La solución desarrollada por el equipo de la Universidad de Nagoya se basa, sin embargo, en un principio de funcionamiento diferente. Las capas de nanohojas de GZO transparentes pueden apilarse unas sobre otras y cada capa responde a diferentes longitudes de onda de la luz visible. De este modo, un solo píxel puede detectar directamente la información de la luz roja, verde y azul por separado. Según los investigadores, esta estructura tiene el potencial de reducir, en teoría, el número de píxeles necesarios hasta en un 75 %, manteniendo la misma resolución de imagen. El uso de menos píxeles podría contribuir al desarrollo de diseños de sensores más pequeños.
El profesor Minoru Osada, que dirigió el estudio, y su equipo se enfrentaron en una primera fase a algunas dificultades técnicas, ya que el material de nanohojas de óxido de zinc no respondía con suficiente intensidad a la luz visible. Los investigadores añadieron galio al material, creando así estados de trampa electrónica que permiten convertir la luz visible en una señal eléctrica. El hecho de que, al realizar este cambio, se haya conservado la alta transparencia del material destaca como uno de los aspectos más llamativos del estudio.
PUEDE INTERESARTE
El sensor desarrollado en la investigación, a pesar de convertir en fotoelectricidad solo el 0,005 % de la luz que absorbe, es capaz de transmitir el 99,995 % de la luz visible a las capas inferiores. No obstante, se señala que en las pruebas de laboratorio se ha alcanzado una sensibilidad de 800 amperios por vatio (A/W). Este valor es aproximadamente 80 veces superior al nivel de unos 10 A/W que suele observarse en los sensores de imagen comerciales. Los investigadores también señalan que la tasa de error en las imágenes a todo color generadas por el prototipo de sensor se ha reducido a la mitad en comparación con los sensores de cámara tradicionales.
Además, el proceso de fabricación presenta una estructura más sencilla que los métodos actuales de producción de semiconductores. Se señala que los sensores de nanohojas transparentes pueden fabricarse mediante un método de producción basado en soluciones que se lleva a cabo a temperatura ambiente. De este modo, no se requieren algunos de los complejos pasos de procesamiento de semiconductores utilizados en la fabricación de los sensores de imagen tradicionales. Se considera que esta circunstancia tiene el potencial de reducir los costes en la fase de producción en serie.
La investigación no se centra únicamente en las cámaras de los teléfonos inteligentes. Según los resultados de las pruebas, los sensores siguen funcionando de forma estable a temperaturas de hasta 400 grados. Además, ofrecen un rendimiento fiable en entornos de vacío y en condiciones de alta humedad. Gracias a estas características, se señala que la tecnología podría aplicarse también en ámbitos en los que la resistencia es fundamental, como los endoscopios médicos, los sistemas de vehículos autónomos, las soluciones de imagen industrial y los equipos espaciales.
El profesor Osada compara el principio de funcionamiento del sensor desarrollado con el del ojo humano. Según este, la estructura separa las diferentes longitudes de onda a través de capas, de forma similar a como la retina percibe la información del color por separado, y posteriormente esta información se combina para formar una única imagen en color. De este modo, se puede eliminar en gran medida el proceso de interpolación del color que se requiere en los sensores que utilizan el filtro Bayer tradicional.
Aún quedan varios obstáculos técnicos que superar para que esta tecnología pueda utilizarse en productos comerciales. En la siguiente fase, los investigadores se centrarán en adaptar el prototipo desarrollado en el laboratorio para su producción en serie. Además, es necesario resolver cuestiones como el coste, la fiabilidad a largo plazo y la producción a gran escala. Si todos estos trabajos dan resultados positivos, en el futuro podría ser posible desarrollar teléfonos inteligentes con módulos de cámara más delgados y sistemas ópticos más compactos.