Технология SPAD от Singular Photonics: будущее оптики в одном фотоне. Источник: Singular Photonics
Шотландская компания Singular Photonics представила Litavis — CMOS-сенсор на базе однофотонных лавинных диодов (SPAD), который пытается доказать, что будущее оптики не в количестве мегапикселей, а в мозгах, встроенных прямо в кремний. Это первое в своём роде устройство, где обработка данных осуществляется непосредственно внутри каждого пикселя.
Обычно камеры работают как курьеры: они собирают «сырой» поток фотонов и отправляют огромные массивы информации внешнему процессору. Тот уже разбирается, что с этим делать. Litavis работает иначе. Он объединяет на одном чипе получение изображения, измерение времени прихода фотонов, построение гистограмм и статистический анализ событий. Это позволяет радикально уменьшить объём данных, передаваемых дальше, а значит — снизить задержки и энергопотребление системы.
Магия одного фотона
Технология SPAD позволяет регистрировать даже одиночные фотоны. Это критически важно там, где света почти нет, или где нужно знать точный момент прихода луча с точностью до пикосекунд. Litavis не просто считает «светлячков», упавших на матрицу, но и фиксирует время их появления, анализируя распределение событий в реальном времени.
В режиме непрерывного подсчёта фотонов сенсор выдаёт картинку с разрешением 256×256 пикселей. Параллельно он может работать с временными метками на сетке 64×64 макропикселей. Архитектура чипа программно настраивается: один и тот же кристалл можно переключать между различными режимами, такими как коррелированный по времени подсчёт одиночных фотонов (TCSPC) или регистрация совпадающих событий.
Спектроскопия вместо селфи
Если вы надеялись увидеть такой сенсор в своём следующем смартфоне, придётся подождать. Litavis ориентирован на научный и промышленный секторы. Singular Photonics видит своё изобретение в системах машинного зрения, робототехнике, медицинской спектроскопии и квантовых сенсорах. Подобные технологии являются ключевыми для развития флуоресцентной микроскопии, где важно видеть динамику процессов на молекулярном уровне без лишнего цифрового шума.
Несмотря на узкую специализацию, разработка уже вызвала ажиотаж: компания отчитывается о большом количестве предварительных заказов от научных институтов и коммерческих игроков. Похоже, индустрия действительно устала от сенсоров, которые только перегревают процессоры потоками сырых данных.
Пока шотландцы совершенствуют наблюдение за фотонами, другие компании ищут новые пути для физического перемещения объектов в пространстве. Например, цинк вместо ксенона теперь используют в двигателях Холла для спутников.