Os smartphones e suas câmeras avançadas
Os smartphones de hoje são tão poderosos que poderiam não apenas ter lançado todas as missões Apollo à Lua, mas também tirar todas as fotos e vídeos da superfície lunar e publicá-los no Instagram. Piadas à parte, a tecnologia por trás das câmeras dos smartphones modernos é tão avançada, desde os sensores até todos os algoritmos de software, que é possível usar um smartphone para capturar imagens e vídeos para praticamente todos os cenários imagináveis.
Há uma lista abrangente de filmes filmados inteiramente em smartphones, e muitas exposições e concursos de fotografia também contam com o smartphone como principal ferramenta de escolha. Essas exposições não apresentam apenas alguns nomes bastante populares na indústria, mas também são bastante surpreendentes.
O que está por trás de tudo isso? O que torna os smartphones bons o suficiente, mesmo para fotógrafos e cineastas profissionais? O que é um sensor CMOS e o que exatamente é um design de transistor-pixel de camada dupla? Hoje vamos responder a essas perguntas.
Uma breve história do telefone com câmera
O primeiro telefone com câmera comercial Não vamos aborrecê-los com muitos detalhes históricos, mas apenas para contextualizar, a primeira patente de um telefone com câmera remonta a 1994, quando quatro funcionários da Nokia decidiram criar um telefone com uma câmera integrada.
Curiosamente, o primeiro telefone com câmera não foi fabricado pela Nokia. Era um japonês Kyocera VP-210apelidado de Visual Phone, lançado em maio de 1999. Nos 25 anos que se seguiram, as coisas mudaram rapidamente e agora temos sensores de smartphone de 1 polegada, sensores empilhados, designs de pixel de transistor de camada dupla e muito mais.
Mas o que não mudou é a tecnologia básica que capta a luz e a transforma em um sinal elétrico para armazená-la na memória do telefone ou exibi-la na tela.
O que é um sensor CMOS?
Sensor de pixel ativo, imagem cortesia da Wikipedia Esta tecnologia foi inventada em 1968, e a abreviatura significa Semicondutor Complementar de Óxido Metálico. Não é tão complicado quanto parece. Existem fotodiodos que captam a luz e a transformam em um sinal elétrico, e existem transistores que amplificam esse sinal.
Eles também são chamados de APS, ou sensores de pixel ativo, porque cada fotodiodo possui um transistor separado que amplifica ativamente o sinal. Portanto, temos uma lente focalizando a luz, um fotodiodo capturando os fótons da luz e convertendo-os em elétrons ou sinais elétricos, e transistores amplificando esse sinal e enviando-o para o chip ISP (processamento de sinal de imagem) para processamento posterior.
O primeiro design CMOS foi problemático
Até agora tudo bem. Os primeiros sensores CMOS tinham circuitos metálicos entre o fotodiodo e a lente, obstruindo a luz e tornando a imagem mais escura. Estes eram conhecidos como FSI (iluminação frontal).
A próxima geração de sensores CMOS moveu o fotodiodo acima da fiação e próximo à lente, capturando a luz, permitindo assim que mais luz fosse capturada pelo diodo. Este desenho é conhecido como BSI (iluminação traseira). Um dos primeiros telefones a apresentar esse tipo de sensor foi o iPhone 4.
Invenção do sensor CMOS empilhado
Por volta de 2008, Taku Umebayashi, engenheiro da Sony Semiconductor Solutions Corporation, decidiu que poderia melhorar esse projeto e começou a trabalhar em um sensor CMOS empilhado.
A ideia era separar completamente a seção do circuito do fotodiodo. Antes disso, o circuito era enrolado em torno do fotodiodo, ocupando um espaço precioso e forçando o tamanho do fotodiodo a ser menor. Quanto menor o fotodiodo, menos luz ele pode capturar, resultando em redução da sensibilidade à luz fraca e também em mais ruído do circuito ao seu redor.
O primeiro sensor CMOS empilhado disponível comercialmente foi lançado pela Sony em 2012 e revolucionou a fotografia digital. Umebayashi recebeu o Prêmio Nacional de Invenção de 2016 do Primeiro Ministro do Japão e o Prêmio Medalha com Fita Roxa de 2020 por sua invenção.
Outro fato engraçado é que na época em que o sensor CMOS empilhado entrou em produção em massa, não havia literalmente nenhum cliente para a tecnologia. Foi uma grande aposta e a Sony decidiu colocar o sensor CMOS empilhado em seu Xperia Z linha de smartphones para popularizá-la.
Design de transistor-pixel de camada dupla
Outra palavra da moda, ou deveríamos dizer frase da moda, foi cunhada no ano passado, e essa é a pixel de transistor de camada dupla sensor móvel. Os sensores CMOS empilhados eram bons, mas a parte do transistor que amplifica o sinal ainda fazia parte do fotodiodo, limitando a superfície que captura a luz.
Em 2021, a Sony Semiconductors anunciou outro avanço no campo CMOS. É o primeiro sensor CMOS de pixel de transistor de 2 camadas do mundo. Os engenheiros encontraram uma maneira de mover a parte do transistor, amplificando o sinal sob o fotodiodo, deixando mais superfície para capturar luz e melhorando aspectos como faixa dinâmica, baixa sensibilidade à luz e diminuindo o ruído.
A tecnologia chegou ao Sony Xperia 1 Mark V (apelidado de Exmor T) e, posteriormente, a muitos outros telefones principais (série Xiaomi 14, OnePlus 12) sob a renomeada linha de sensores Sony LYTIA.
Conclusão
Como dizem os especialistas na área da fotografia digital, “o futuro está empilhado!” Isso significa que nos próximos anos veremos essa tecnologia em cada vez mais telefones principais (e intermediários). O que vem depois? Só o tempo irá dizer!