“Nuove Frontiere: Le Startup Rivoluzionano le Fotocamere degli Smartphone con Tecnologie Avanzate”

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 anteriore per il nuovo telefono di Xiaomi con sede in Cina che utilizza la tecnologia nano-prism di Samsung per migliorare le prestazioni 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 migliora la sensibilità alla luce del 25 percento, secondo l’azienda.

Intanto, 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 (17 milioni di dollari USA) 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.”

La 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 Jeroen Hoet.

Funziona inviando 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 dei potenziali clienti, secondo Hoet.

In termini di applicazioni, Hoet afferma 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 ottenere i colori nel posto giusto sul pixel giusto” piegando le onde luminose, riassume Berlatzky.

PxE utilizza una lastra di materiale diffrattivo che chiama “holocoder” non solo per creare immagini a colori, ma anche per 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 afferma 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 deriva dal software. “La base dell’algoritmo è la fisica della luce,” spiega Berlatzky. “Puoi pensare di farlo girare al contrario, dal sensore CMOS al mondo 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 già dispongono di sensori di profondità e immagine separati, come auto e smartphone.