Câmera-chip caça fótons individuais em alta velocidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/11/2012

Agora é possível processar os sinais das imagens digitais diretamente no chip.
[Imagem: Fraunhofer IMS]

CMOS rápido e sensível

Engenheiros alemães construíram um sensor de imagens que une velocidade e sensibilidade, superando os dispositivos atuais em mais de 1.000 vezes.

Câmeras fotográficas e filmadoras são equipadas com um de dois tipos de sensor: CMOS ou CCD.

Embora haja "discussões religiosas" entre os adeptos de cada uma dessas tecnologias, o fato é que nenhum delas consegue gerar uma imagem realmente boa se não houver fótons suficientes para serem coletados.

Os engenheiros do projeto europeu MISPIA resolveram o problema criando um sensor CMOS cujos pixels são elementos fotossensíveis conhecidos como SPAD - Single Photon Avalanche Photodiodes, fotodiodos de fóton único baseados no efeito avalanche.

Tecnicamente conhecido como "fenômeno da multiplicação das cargas", o efeito avalanche foi descoberto recentemente, e gerou muito ceticismo na comunidade científica, até que esse milagre da multiplicação dos elétrons foi demonstrado de forma prática em células solares.

Tudo digital

A estrutura de pixels do novo sensor permite contar fótons individuais separados por alguns picossegundos, o que significa que ele é cerca de 1.000 vezes mais rápido do que os melhores sensores atuais.

Como cada fóton individual é detectado, as imagens geradas pela câmera podem ser feitas com iluminação extremamente fraca, além de permitir gravar imagens com altíssima velocidade, criando uma espécie de "ultra-câmera lenta".

Outro ganho da inovação é que os engenheiros praticamente colocaram a câmera inteira no chip.

Para contar os fótons individuais, cada pixel possui um contador digital muito preciso.

Isso permite que o processamento dos sinais digitais correspondentes à imagem seja feito diretamente no chip, dispensando o processamento analógico de sinais que é feito hoje.

Câmeras para carros

Ao mesmo tempo, cada pixel possui sua própria microlente, que focaliza um feixe de luz na superfície fotoativa de cada um deles.

"A nova tecnologia coloca a câmera diretamente sobre o semicondutor, e é capaz de transformar a informação da luz em imagens em uma velocidade significativamente mais rápida," disse Daniel Durini, coordenador do projeto.

Os pesquisadores afirmam que o primeiro uso da nova tecnologia será em sistemas de segurança automotiva, para detecção de pedestres e ciclistas à noite.

Além da miniaturização - uma "câmera em um chip" -, as câmeras automotivas precisam exatamente daquilo que o novo chip oferece: velocidade e sensibilidade, uma vez que os pedestres são mais difíceis de ver justamente à noite, quando há menos luz.

Outra vantagem é a operação do chip-câmera na faixa visível do espectro - a maior parte dos experimentos com detectores de pedestres vem sendo feito com câmeras infravermelhas.