Cómo funcionan los sensores fotográficos ISOCELL de Samsung

Samsung ha devuelto esta semana el lustre mediático a sus sensores ISOCELL y lo ha hecho mediante una noticia, que en realidad acabó convertida en dos, acerca del reordenamiento de su catálogo. Durante el MWC de Shanghai, la versión de la feria para el mercado asiático que se celebra a finales de junio, Samsung anunció cambios de cara a mejorar la comprensión de su catálogo de sensores.

Los coreanos aprovecharon la feria celebrada en China para reconstruir su línea de sensores en cuatro categorías bastante diferenciadas: ISOCELL Bright, ISOCELL Fast, ISOCELL Slim e ISOCELL Dual, y el anuncio de esta última vino acompañado del primer sensor de doble lente de la compañía. Y con este primer avance del Galaxy Note 8 nos hemos preguntado, ¿cómo funcionan los sensores fotográficos de Samsung y qué aportan de diferente ante otras opciones?

Nacidos en 2014

Aunque en realidad su desarrollo se produjo meses antes y ya con el lanzamiento del Galaxy Note 3 se dejaron pistas que conducían hacia su nueva gama de sensores. Basados en el estándar BSI, Samsung decidió dar un paso más hacia adelante y desarrollar su propia línea de sensores para cámaras, presentando ISOCELL y montando el primer exponente a bordo del Samsung Galaxy S5, que llegó al mercado en la primera mitad del año 2014.

Samsung no dio muchas pistas durante su presentación pero sí dejó meridianamente claro que se montarían en las gamas altas de su catálogo, aunque con el paso del tiempo fueron corriendo hacia gamas inferiores. Y ahora, con la nueva catalogación de su línea de sensores, veremos ISOCELL incluso en las gamas más bajas de Samsung. Los ISOCELL Slim están destinados a ello.

Como comentábamos, ISOCELL no es más que la evolución, entendida por Samsung, de los sensores BSI. Una evolución que consigue, entre otras mejoras, hasta un 30% menos de perturbaciones en la imagen con sensores retroiluminados. A efectos prácticos, y de forma muy resumida, ISOCELL pretende incrementar la sensibilidad a la luz de los sensores CMOS, algo cuyos resultados hemos visto a buen nivel a partir del Galaxy S6 y S6 Edge.

Lo cierto es que, aunque complejo, el funcionamiento de los sensores ISOCELL es relativamente fácil de explicar y todo ello se consigue comprendiendo el significado de su nombre. Su nombre técnico es 3D-Backside Illuminated Pixel with Front-Side Deep-Trench Isolation and Vertical Transfer Gate. Muy complejo, quedémonos con Isolated Cells o Celdas Aisladas. Y con el juego de palabras que lleva también a ISO, las siglas que definen la sensibilidad a la luz.

Cómo funciona ISOCELL

ISOCELL se basa en un concepto bastante claro: aislar cada pixel de los demás mediante una barrera física en el propio sensor, de forma que la luz captada por la lente y conducida hacia éste no produce el temido efecto "sangrado". Este efecto no hace sino distorsionar el color y la iluminación de los pixel en base a la luz que reciben los contiguos.

En ISOCELL, cada pixel recibe la luz que debe recibir y Samsung ha conseguido que la capacidad de absorción de luz crezca hasta en un 30%, aunque para ello tenía que resolver el problema de la reducción de la superficie de los fotodiodos. Si creas barreras para rodear cada pixel, o aumentas el sensor o reduces el fotodiodo correspondiente, de ahí que Samsung tuviese que rediseñarlos. Otro punto diferenciador en ISOCELL.

Samsung diseñó los nuevos fotodiodos para que tuviesen una estructura vertical, la conocida con la denominación de Samsung VTG o Vertical Transfer Gate. Esto permitía construir el sensor fotográfico mediante capas de absorción de luz, en contraposición a los fotodiodos horizontales del resto de sensores BSI. El resultado, sensores aislados y con una superficie mayor.

Con este rediseño, la diafonía de los fotodiodos se redujo del 19% de los BSI normales al 12,5% en sus sensores ISOCELL. También se consiguió una reducción de ruido de 150 lux a sólo 105 lux y permitió que los fotodiodos capturasen la luz en un ángulo de visión más amplio. Esto último es importante ya que habilitó el uso de lentes con más luminosidad (letra f más pequeña) en teléfonos móviles.

Más luz, menor grosor... y ahora Plus

En resumidas cuentas, la estructura vertical de los fotodiodos de Samsung les ha permitido capturar más luz en cualquier situación, lo que ha mejorado el rendimiento de sus módulos de cámara en entornos poco iluminados, y también ha mejorado al captación de información en cada pixel de la imagen, que ahora son más fieles y permiten un procesado más preciso. Todo ello con sensores que pueden ser más anchos y tener menos altura, permitiendo hacerlos más delgados.

Desde aquel lanzamiento en 2014, Samsung emplea sensores propios en buena parte de sus terminales y también los comercializa para su uso en otras marcas y es, por derecho propio, el mayor competidor de los sensores IMX de Sony en el mercado móvil, pese a que también recurre a éstos en determinados modelos de su catálogo.

Con el tiempo, los sensores ISOCELL siguieron evolucionando y en junio de 2018 llegó el apellido Plus a la familia. El fabricante coreano anunció que la línea de equipamiento para cámaras daba un paso adelante, y lo hacía formando equipo con Fujifilm. Llegaba un nuevo aislamiento para minimizar las pérdidas de luz y nacían los ISOCELL Plus.

Según Samsung, los nuevos ISOCELL Plus deben ser capaces de captar un 15% más de luz en las mismas condiciones de sus predecesores, lo que permitiría construirlos con píxeles de 0,8 micrómetros manteniendo las prestaciones. Píxeles más pequeños para sensores más pequeños, pero que también podrían unir los píxeles entre sí de forma virtual gracias al pixel binning que empieza a ponerse de moda.

En un desarrollo conjunto con Fujifilm, Samsung introduce un nuevo material para las rejillas de aislamiento de sus píxeles, reemplazando así el metal empleado anteriormente. Menor pérdida de luz para fotodiodos más eficientes, y una mayor fidelidad en la captación de la imagen. Nuevas generaciones para los sensores de los coreanos que darán lugar a nuevos sensores para sus teléfonos y los de la competencia.

Veremos qué rumbo toman ahora los ISOCELL, una vez que Samsung se ha decidido a potenciar la marca y a situar categorías claras para poder identificar cada uno de ellos. Como sabemos, Samsung es el líder del sector de los semiconductores y las cámaras para móviles tienen parte de culpa en esto. Será interesante ver la evolución de ISOCELL en los próximos meses, y sobre todo si hay respuesta por parte de Sony ante esta nueva estrategia de su competidor.

En Xataka Móvil | Samsung presenta un sensor ISOCELL Dual candidato a estrenarse en el Galaxy Note 8