エディンバラに本社を置く半導体企業Singular Photonicsは、光子計数、時間測定、統計分析を単一のチップに直接統合した新型イメージセンサー「Litavis」を発表しました。同社はLitavisを、ピクセル内処理機能を備えた世界初の単一光子アバランシェダイオード（SPAD）センサーと位置付け、同一デバイスでイメージング、時間測定、ヒストグラム生成、光子統計を統合できるとしています。Litavisは大量の生データを外部プロセッサ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します。
Singular Photonicsは、これによりデータ転送の必要が減少し、より低遅延で高性能なイメージングシステムが実現できると述べています。
Litavisは先進的な光子計数イメージング技術を提供
SPADは単一の光子を検出するために設計されており、極めて低い光条件や光子到達時間の精密測定に特に有用です。Litavisはこの感度を基に、センサーのソフトウェア設定を実現しました。同じハードウェアは異なるイメージングタスクに応じて再構成でき、センサーを再設計する必要がありません。動作モードには光子計数イメージング、プログラム可能なタイムゲート、異なる時間デジタル変換器（TDC）設定、時間関連単一光子計数（TCSPC）、重複検出、タイムスタンプとイメージングの機能が含まれます。これにより、センサーは各ピクセルが受け取る光の量を捉えるだけでなく、光子の到達時間やイベントの時間分布に関する情報も取得できます。
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への応用に役立ちます。
LitavisはCMOS SPAD構造を採用し、ピクセルアレイ内部にデジタル光子処理を直接統合しています。このセンサーは低光条件下で256 × 256ピクセルの光子計数イメージングを提供します。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の光子イベントを生成し、ピコ秒単位の時間精度を提供し、全解像度の光子計数画像と同時に生成します。このデバイスはマルチイベントタイミングもサポートし、励起周期内に検出された複数の光子をそれぞれの時間区間に割り当てることができます。内蔵のヒストグラム生成機能は、これらの光子イベントの統計分布を分析するために使用できます。
Singular Photonicsによると、これは従来のカメラ画像を超える可能性を開く新たな方向性を示しており、蛍光寿命イメージング、動的光散乱、量子センシングなどの応用が含まれます。
Litavisは柔軟な応用の可能性を持つ
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につれて顕著になる可能性のある実際の問題を解決します。Litavisは、検出された各光子イベントを別のプロセッサに転送して分析する必要がなく、部分的な処理がセンサー内部で完了します。Singular Photonicsは、これによりシステム内で転送する必要のある生データの量が減少し、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スケールする可能性があると述べています。
同社はLitavisを特定の用途に特化したセンサーではなく、柔軟なプラットフォームとして位置付けています。潜在的な用途には、機械視覚、ロボティクス、物理的人工知能、深度センシング、分光学、科学および医療イメージング、量子技術、産業自動化が含まれます。そのソフトウェア可配置アーキテクチャは、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すことを可能にします。これにより、異なる用途のために独立したセンサーアーキテクチャを開発する必要が減り、開発サイクルが短縮される可能性があります。
Singular PhotonicsのCEO、Shahida Imaniは「LitavisはSPAD技術の感度の利点と、現代のマルチモーダルイメージングにおける適応性とスケーラビリティの要求を組み合わせています」と述べています。同社は、国際的な企業や機関からかなりの予約を受けていると報告しています。会社はエディンバラで開催されるSPIE Sensors + Imaging展でLitavisを展示し、シュトゥットガルトのVISION展でもさらなるデモを行い、開発者にこのセンサーのマルチモーダル機能を体験する機会を提供する予定です。
Litavisは、イメージセンサーを単なる光子を捕捉するデバイスとしてだけでなく、内部にいくつかのインテリジェンスを移行することを試みています。