- Litavis は世界初のピクセル内処理機能を備えた単一光子アバランシェダイオード（SPAD）センサーである。
- このセンサーはデータ転送のニーズを減らし、より低遅延で高効率の画像システムを実現する。
- Litavis は複数の動作モードをサポートし、光子の到着時間およびイベント分布情報を捕捉できる。
- このセンサーの柔軟性により、ビジョン技術や量子技術など複数の分野での適用が可能である。
エディンバラに拠点を置く半導体企業 Singular Photonics は、Litavis という新型イメージセンサーを発表した。このセンサーは、光子カウント、時間測定、統計分析を単一のチップ上に直接統合することを目的としている。同社は Litavis を世界初のピクセル内処理機能を備えた単一光子アバランシェダイオード（SPAD）センサーと称しており、同じデバイス上で画像化、時間測定、ヒストグラム生成、光子統計を組み合わせることができる。Litavis は大量の生の光子データを外部プロセッサーに送信するのではなく、センサー内部で一部の分析を実行する。
Singular Photonics は、これによりデータ転送のニーズが減少し、より低遅延で高効率の画像システムが実現すると述べている。
センサーの多機能動作モード
SPAD は単一光子を検出するように設計されており、非常に低い光環境下や光子の到着時間を正確に測定する際に特に有用である。Litavis はこの感度感度を基盤とし、センサーのソフトウェア構成を実現した。同じハードウェアが異なるイメージングタスクに応じて再構成可能であり、センサーを再設計する必要がない。その動作モードには、光子カウントイメージング、プログラム可能な時間ゲート、さまざまな時間デジタル変換器（TDC）構成、時間相関単一光子カウント（TCSPC）、一致検出、および時間スタンプとイメージングを組み合わせた機能が含まれる。これにより、センサーは各ピクセルが受け取る光の量を捕捉するだけでなく、光子の到着時間やイベントが時間とともにどのように分布するかの情報も取得できる。
これらの追加情報は、従来の強度ベースのイメージングでは解決できない状況での応用に役立つ。
Litavis は CMOS SPAD 構造を採用しており、ピクセルアレイ内部に直接デジタル光子処理を集積している。このセンサーは、低光条件下で連続した 256 × 256 ピクセルの光子カウントイメージングを提供する。同時に、64 × 64 のマクロピクセルグリッド上でタイムスタンプ付き光子イベントを生成し、ピコ秒レベルの時間精度を提供し、全解像度の光子カウント画像と同時に生成する。この装置はまた、マルチイベントタイミングをサポートし、励起サイクル内で検出された複数の光子をそれぞれ時間間隔に割り当てる。その内蔵のヒストグラム生成能力は、これらの光子イベントの統計的分布を分析するために使用できる。
Singular Photonics によると、これは従来のカメラ画像を超える可能性の新境地を開き、蛍光寿命イメージング、動的光散乱、量子センシングへの応用を含む。
データ転送削減のメリット
このアプローチは、イメージングシステムがより多くのデータを収集する際に顕在化する可能性がある実際的な問題も解決する。Litavis は検出されたすべての光子イベントを別のプロセッサーに送信して分析する必要がなく、一部の処理がセンサー内部で完了する。Singular Photonics は、これによりシステム内で転送する必要のある生のデータ量が減少し、潜在的に遅延とエネルギー効率が向上し、リアルタイム処理がより効果的に拡張できると述べている。
柔軟な応用の可能性
同社は Litavis を特定の用途に限定されない柔軟なプラットフォームとして位置づけている。潜在的な用途には、ビジョン技術、ロボット工学、物理的人工知能、深度センシング、分光法、科学および医療イメージング、量子技術、産業オートメーションが含まれる。そのソフトウェア構成可能なアーキテクチャは、開発者やシステムインテグレーターが同じハードウェアを使用して異なるデータ取得およびタイミングモードを試せるように設計されている。これにより、さまざまな用途に合わせて個別のセンサーアーキテクチャを開発する必要性が減り、開発サイクルが短縮される可能性がある。
Singular Photonics の最高経営責任者 Shahida Imani は、「Litavis は SPAD 技術の感度感度の利点を兼ね備え、現代のマルチモーダルイメージングがますます要求する適応性と拡張性を備えている」と述べている。同社はすでに国際的な企業や機関から相当数の予約を受けていることを明らかにした。会社は Litavis をエディンバラの SPIE Sensors + Imaging 展示会に出展し、シュトゥットガルトの VISION 展示会でもさらに展示し、開発者がこのセンサーのマルチモーダル機能の動作を見る機会を提供する予定である。
Litavis は、イメージセンサー内部に一部の知能を移し、イメージセンサーを単に光子を捕捉する装置と見なし、すべての解釈を残りのコンピュータに任せるだけではないことを試みている。
Litavis がイメージセンシング技術に与える影響
Litavis の登場は、特に低光環境での応用において、イメージセンシング技術における重要な進歩を意味する。その内部光子処理能力はイメージング効率を向上させるだけでなく、外部プロセッサへの依存を減らす。これはリアルタイムデータ処理を必要とする応用にとって特に重要である。技術が絶えず進歩する中で、このような柔軟なセンサー設計は従来のイメージセンサーの開発モデルを変え、各業界の革新を促進し、特にビジョン技術や量子技術などの分野で寄与する可能性がある。