Als fabless semiconductorbedrijf ontwerpt Singular Photonics zijn sensortechnologie, maar produceert het de chips niet in een eigen fabriek. Het bedrijf wil detectie op fotonniveau bruikbaarder maken in compacte systemen die informatie direct, in real time, kunnen verwerken.
Een conventionele beeldsensor meet doorgaans hoeveel licht zich gedurende een belichtingstijd ophoopt. Een SPAD-sensor — een afkorting van single-photon avalanche diode — detecteert daarentegen afzonderlijke fotonen en registreert het moment waarop ze aankomen.
Die combinatie van fotonentelling en zeer nauwkeurige timing kan, afhankelijk van de configuratie, informatie opleveren over lichtintensiteit, afstand, materiaaleigenschappen en veranderingen in weefsel.
Singular Photonics combineert 3D-gestapelde SPAD-arrays met een rekenlaag onder de lichtgevoelige laag. Daardoor kunnen functies zoals fotonentelling, tijdmeting, histogrammen, statistische analyses en autocorrelatie op of vlak bij de pixel worden uitgevoerd.
Door meer verwerking in de sensor zelf te laten plaatsvinden, hoeft minder ruwe data naar een aparte chip of computer te worden doorgestuurd. Dat moet real-time intelligente waarneming mogelijk maken en tegelijk beperkingen rond omvang, vertraging en energieverbruik in edge- en AI-systemen verminderen.
Andarta is een compacte SPAD-sensor met hoge gevoeligheid, ontwikkeld samen met Meta. Singular Photonics positioneert de sensor voor verschillende medische beeldvormingstechnieken en ziet hem ook als een stap richting integratie van SPAD-technologie in draagbare apparaten.
De sensor ondersteunt autocorrelatie in de pixel. Daarmee kunnen snelle schommelingen in licht worden geanalyseerd. Een voorbeeld dat het bedrijf noemt, is het volgen van de bloedstroomsnelheid in de hersenen door veranderingen in licht te meten terwijl dit door weefsel gaat, ook op dieptes die bestaande sensoren niet kunnen bereiken.
Andarta wordt dus niet simpelweg gepresenteerd als een gevoeligere camera. De combinatie van detectie op fotonniveau, een klein formaat en lokale gegevensverwerking moet geavanceerde optische metingen praktischer maken voor medische en mogelijk ook draagbare systemen.
Sirona is het eerste product van Singular Photonics. Het gaat om een 512-pixel SPAD-lijnsensor die time-correlated single-photon counting (TCSPC) ondersteunt. Dankzij histogrammen en tijdsintervallen die op de chip worden verwerkt, kunnen toepassingen analyseren wanneer fotonen aankomen — en niet alleen hoeveel fotonen er zijn.
Het bedrijf noemt onder meer de volgende mogelijke toepassingen voor Sirona:
Deze toepassingen lopen uiteen van wetenschappelijke instrumentatie tot industriële sensoren. Timinginformatie kan bijvoorbeeld helpen om materialen van elkaar te onderscheiden of de optische reistijd te meten. Metingen van de fluorescentielevensduur kunnen eigenschappen zichtbaar maken die in een conventioneel intensiteitsbeeld verborgen blijven.
Singular Photonics noemt drie belangrijke toepassingsgebieden.
Machine vision, industriële automatisering en fysieke AI zijn bedoeld voor sensoren die optische informatie snel en lokaal kunnen interpreteren. Verwerking op de chip kan nuttig zijn in situaties waarin vertraging, dataverkeer of systeemomvang het gebruik van traditionele camera-architecturen beperkt.
De TCSPC-, histogram- en time-binningfuncties van Sirona sluiten aan bij spectroscopie, microscopie, time-of-flight-metingen en quantumtoepassingen. In deze domeinen is het vaak belangrijk om informatie te halen uit zeer kleine aantallen fotonen en precies vast te leggen wanneer die aankomen.
Andarta richt zich op medische beeldvorming en kan op termijn worden geïntegreerd in draagbare apparaten. De autocorrelatiefunctie in de pixel is bedoeld voor metingen zoals het volgen van de bloedstroom in de hersenen, waarbij zowel gevoeligheid als een compact ontwerp van belang zijn.
Het bedrijf heeft eerder ook consumentenelektronica en automotive als bredere toepassingsgebieden genoemd. In de financieringsaankondiging van augustus legt Singular Photonics echter vooral de nadruk op machine vision, industriële automatisering, wetenschappelijke instrumentatie en medische beeldvorming.
De 2,15 miljoen dollar heeft in eerste instantie een praktisch en commercieel doel. Singular Photonics wil de engineeringcapaciteit uitbreiden, de productontwikkeling versnellen en een bredere portefeuille SPAD-beeldsensoren sneller op de markt brengen.
De benoeming van Dipesh Patel brengt bovendien extra ervaring uit de halfgeleiderindustrie naar het bestuur op het moment dat de spin-off zich richting bredere commercialisering beweegt. Patel werkte 25 jaar bij Arm en hield als CTO toezicht op de onderzoeksactiviteiten en Digital IT-functies van het bedrijf.
De financiering draait daarmee om meer dan één nieuwe sensor. Singular Photonics krijgt ruimte om een productfamilie uit te bouwen rond één centraal idee: afzonderlijke fotonen detecteren, de resulterende data zo veel mogelijk op de chip verwerken en die architectuur aanpassen voor industriële, wetenschappelijke en medische systemen.