“Nuove Tecnologie Rivoluzionarie: Fotocamere degli Smartphone alla Luce del Futuro”

Le Startups Portano Più Luce alle Fotocamere degli Smartphone

Quando si tratta di fotocamere per smartphone, più grande è meglio. Sensori d’immagine e lenti più grandi hanno più luce con cui lavorare, quindi possono risolvere più dettagli. Questo è particolarmente importante, perché i filtri che creano immagini a colori bloccano anche circa il 70 percento della luce in arrivo.

Questi filtri a colori – disposti come una griglia di rosso, verde e blu sui pixel del sensore d’immagine – esistono da decenni. Ma nuovi approcci promettono di sfruttare la fisica della luce per creare immagini a colori senza bloccare così tanti fotoni. Tre di tali percorsi verso immagini più nitide sono stati presentati al 2023 IEEE International Electron Device Meeting (IEDM). Ora, questi metodi stanno iniziando ad emergere dalla fase di laboratorio.

Ad esempio, Samsung fornirà la fotocamera frontale per il nuovo telefono di Xiaomi con sede in Cina che utilizza la tecnologia nano-prisma di Samsung per una migliore performance in condizioni di scarsa illuminazione. La tecnologia non sostituisce i filtri a colori; utilizza la diffrazione per raccogliere più luce in ciascun pixel specifico del colore. Questo aumenta la sensibilità alla luce del 25 percento, secondo l’azienda.

Nel frattempo, due nuove startup hanno sviluppato modi per catturare immagini a colori senza filtri. Una spinoff di Imec chiamata Eyeo ha annunciato questo mese di aver raccolto €15 milioni (US $17 milioni) in finanziamenti seed. E PxE Holographic Imaging ha presentato una tecnologia che combina rilevamento della profondità e imaging a colori al Consumer Electronics Show di quest’anno (CES) a gennaio.

Entrambi PxE e Eyeo sono compatibili con i sensori CMOS, i sensori d’immagine digitali più comuni utilizzati nelle fotocamere oggi. “Il sensore CMOS è una piattaforma molto matura e solida su cui costruire. Lo trovi in ogni dispositivo oggi,” dice il fondatore e CEO di PxE Yoav Berlatzky. Ma “tutti vogliono che più fotoni raggiungano i loro sensori CMOS.”

Fotocamera a Colori Senza Filtro di Eyeo

Eyeo mira a commercializzare la ricerca presentata da Imec all’IEDM nel 2023 per applicazioni nell’elettronica di consumo, nella sicurezza e altro ancora. Rimuovendo il filtro a colori, il sensore d’immagine della startup diventa tre volte più sensibile rispetto ai sensori CMOS tradizionali. “È come se finalmente stessimo aprendo gli occhi di un sensore d’immagine,” dice il CEO di Eyeo Jereon Hoet.

I divisori di colore nel sensore d’immagine di Eyeo guidano la luce di diverse lunghezze d’onda ai pixel appropriati.Eyeo

Funziona facendo passare la luce attraverso guide d’onda verticali che dividono la luce in base alla lunghezza d’onda, quindi dirigono i fotoni al pixel appropriato. Le guide d’onda agiscono come un imbuto, quindi quei pixel possono essere ridotti a meno di 0,5 micrometri di larghezza, circa la metà delle dimensioni di un tipico pixel di smartphone. La tecnologia corrisponde anche meglio alla sensibilità ai colori dell’occhio umano rispetto agli attuali sensori d’immagine basati su filtri, secondo la ricerca di Imec.

La tecnologia di divisione del colore è progettata per essere realizzata con gli strumenti e i processi esistenti già utilizzati nelle fonderie CMOS. La sfida arriva dal lato software. Eyeo sta ora lavorando per garantire che il sensore sia compatibile con i sistemi potenziali dei clienti, secondo Hoet.

In termini di applicazioni, Hoet dice che il vantaggio dei sensori d’immagine più piccoli e sensibili di Eyeo è particolarmente evidente per gli smartphone. Tuttavia, si aspetta che la tecnologia venga adottata prima per altri usi, come sistemi di sicurezza per condizioni di scarsa illuminazione o dispositivi di realtà aumentata che richiedono sensori ultracompatti.

PxE Porta il 3D al CMOS

L’idea di base di PxE è simile. Entrambe le aziende mirano a imitare i filtri a colori senza perdere fotoni e “in qualche modo mettere i colori nel posto giusto sul pixel giusto” piegando le onde luminose, riassume Berlatzky.

In questa versione della foto sopra, le linee rosse indicano che un oggetto è più vicino, mentre le linee blu significano che è più lontano.PxE

La tecnologia di PxE utilizza uno strato di materiale diffrattivo che chiama “holocoder” per creare non solo immagini a colori ma anche agire come sensore di profondità (da qui la parte “olografica” del nome dell’azienda). Quando la luce bianca passa attraverso l’holocoder, crea un modello di interferenza che viene registrato dal sensore. Gli algoritmi di PxE utilizzano poi quel modello per ricostruire un’immagine virtuale 3D – un ologramma. Il modello di interferenza codifica anche informazioni sulla lunghezza d’onda della luce, quindi le immagini a colori (e infrarossi) possono essere ricostruite simultaneamente.

Berlatzky dice che l’hardware di PxE è “meno esotico” rispetto ai divisori di colore e ad altri approcci che utilizzano metasuperfici appositamente progettate. Gran parte della sua potenza proviene dal software. “La base dell’algoritmo è la fisica della luce,” spiega Berlatzky. “Puoi pensare di farlo girare al contrario, dal sensore CMOS verso l’esterno, e ricostruire ciò che la fotocamera sta effettivamente vedendo, in termini di profondità e immagine.”

Come Eyeo, il sensore d’immagine di PxE potrebbe essere utilizzato in una serie di applicazioni – in particolare in quelle che hanno già sensori di profondità e immagine separati, come auto e smartphone.