Разработан сенсор изображений, улавливающий отдельные фотоны

Быстрые и высокочувствительные оптические сенсоры, способные регистрировать качественные изображения в условиях очень слабого освещения, востребован во многих важных приложениях: от астрономии и медицины до систем безопасности в автомобилестроении. Проблема состоит в том, что современные датчики на базе КМОП или ПЗС не могут гарантировать одновременно высокую чувствительность и быстродействие при нехватке поступающих фотонов.

В кооперации с консорциумом европейского исследовательского проекта MiSPiA (Microelectronic Single-Photon 3D Imaging Arrays for low-light high-speed Safety and Security Applications) институт микроэлектронных схем и систем им. Фраунгофера в Дуйсбурге (Германия) добился значительных успехов в совершенствовании технологий КМОП и представил сверхчувствительный датчик изображений, изготовленный с использованием однофотонных лавинных диодов (Single Photon Avalanche Photodiodes, SPAD).

Конструкция пикселей нового устройства обеспечивает подсчет индивидуальных фотонов за несколько пикосекунд — в тысячу раз быстрее, чем другие подобные решения. Поскольку датчик реагирует эффектом внутреннего срыва лавины (техника фотоэлектронного усиления) на индивидуальные фотоны, он может строить изображения чрезвычайно слабых источников света.

В каждом пикселе встроен высокоточный цифровой счетчик, суммирующий количество срывов лавин. Кроме того, ученые оборудовали чип микролинзами, фокусирующими входящий световой поток на каждом пикселе фотоактивной поверхности, а учитывая, что цифровая обработка сигнала производится непосредственно в микросхеме, можно сказать, что она представляет собой практически полноценную камеру-на-чипе.

На следующей стадии проекта, специалисты из Дуйсбурга планируют разработать более чувствительную модификацию таких сенсоров с применением задней подсветки.

Миникамеры с новыми датчиками уже проходят тестирование в системах обеспечения безопасности дорожного движения, надежного функционирования ремней и подушек безопасности. В этой работе с институтом Фраунгофера сотрудничают семь европейских партнеров из различных исследовательских органиаций и отраслей промышленности.

Новая сенсорная технология 6-8 ноября демонстрируется в Штутгарте (Германия) на международной выставке Vision, посвященной обработке изображений.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365