Das Schweizer Ingenieur- und Technologieunternehmen NovoViz hat ein Single-Photon Avalanche Diode (SPAD)-Randsichtbildsensor entwickelt, der den Ausgangsstromverbrauch erheblich senkt | Top 100 Schweizer Innovationen

Quelle: VentureLab

Das schweizerische Ingenieur- und Technologieunternehmen NovoViz wurde 2024 gegründet und konzentriert sich auf die Entwicklung von Single-Photon-Avalanche-Diode (SPAD)-Kantensensoren für die Bildgebung. Diese Sensoren sind in der Lage, einzelne Lichtteilchen zu erkennen und einen Teil der Daten direkt auf einem eingebetteten Chip zu verarbeiten, wodurch die Komplexität der nachfolgenden Übertragung, Speicherung und Systemintegration verringert wird.

NovoViz ist ein Spin-off der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), das von Andrada Muntean, Andrei Ardelean und weiteren Mitbegründern gegründet wurde. Andrada Muntean ist Geschäftsführerin des Unternehmens, verfügt über einen Doktortitel in Mikroelektronik der EPFL und absolvierte Studien- und Postdoc-Forschungsaufenthalte am Jet Propulsion Laboratory der NASA sowie an der EPFL. Andrei Ardelean ist Technischer Direktor des Unternehmens, verfügt ebenfalls über einen Doktortitel in Mikroelektronik der EPFL und führte Postdoc-Forschungen zu fortschrittlichen Sensor- und Erkennungstechnologien am AQUA-Labor der EPFL sowie bei FORVIA HELLA durch.

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Herkömmliche CMOS-Bildsensoren müssen innerhalb einer bestimmten Belichtungszeit ausreichend Photonen sammeln. Daher treten in Szenarien mit geringem Licht wie Nachtaufnahmen, kurzen Belichtungszeiten, schnellen Bewegungen, Reflexionen über große Entfernungen und schwacher Fluoreszenz häufig Probleme wie zu dunkle Bilder, erhöhtes Rauschen, Detailverlust und Bewegungsunschärfe auf, was es schwierig macht, stabile und nutzbare Bildinformationen zu erfassen. SPAD-Einzelphotonensensoren können extrem schwache Lichtsignale erkennen und sogar auf einzelne Photonen reagieren. Sie sind seit langem für ihre herausragende Empfindlichkeit und Geschwindigkeit bekannt, aber ihre hohen Kosten und komplexe Struktur beschränken ihren Einsatz hauptsächlich auf Forschungslabore und komplexe Experimentiergeräte – eine breite Einführung in groß angelegte kommerzielle Bereiche wie Robotik, Maschinensehen, Automobilindustrie und Medizintechnik ist bisher schwierig.

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NovoViz hat SPAD-Kantensensoren für die Bildgebung entwickelt. Diese Sensoren erkennen einzelne Lichtteilchen und verarbeiten einen Teil der Daten direkt auf einem eingebetteten Chip, wodurch das Datenvolumen reduziert und die Systemkomplexität verringert wird. Dadurch wird die SPAD-Technologie kompakter, kostengünstiger und einfacher für kommerzielle Integrationen geeignet.

Eine SPAD ist eine Avalanche-Fotodiode, die im Geiger-Modus betrieben wird und extrem lichtempfindlich ist. Theoretisch kann bereits ein einzelnes Photon ein erkennbares elektrisches Signal auslösen, was sie besser geeignet macht als herkömmliche CMOS-Bildsensoren für Schwachlichtbildgebung, die Erfassung schneller Bewegungen, Entfernungsmessungen über große Distanzen und Zeitmessungen im Nanosekundenbereich. Die Sensoren von NovoViz kombinieren die Einzelphotonenauflösung von SPADs mit einer asynchronen Datenverarbeitung ähnlich wie bei "Ereigniskameras". Ihre Chips verfügen über On-Chip-Verarbeitungsfähigkeiten, die die äquivalente Bildrate auf bis zu 100 Millionen Bilder pro Sekunde steigern und gleichzeitig die Bandbreite der Ausgabedaten sowie den Stromverbrauch drastisch senken. Bisher konnten die Kosten für SPAD-Systeme um 95 % reduziert werden.

Auf Basis dieser Kerntechnologie hat NovoViz Produkte wie Kameras, Sensormodule und Chips entwickelt, die hauptsächlich in Anwendungsbereichen wie Quantenbildgebung, Maschinensehen, autonomem Fahren, Tiefenraumerkundung und Tiefensensorik in Umgebungen mit geringem Licht zum Einsatz kommen. Gleichzeitig bietet das Unternehmen maßgeschneiderte Dienstleistungen für das Design von SPAD-Sensoren an.

Im Bereich der Kameras hat die asynchrone, photonengetriebene Kamera von NovoViz eine Gehäusegröße von nur 3 cm × 3 cm × 3 cm, nutzt ein SPAD-Array mit 64 × 48 Pixeln und kann direkt über eine USB-3.0-Schnittstelle mit externen Geräten verbunden werden. Diese Kamera verfügt über eine Zeitauflösung von 10 Nanosekunden und eine ereignisgesteuerte Ausgabe, sodass sie eine maximale Einzelphotonen-Bildgebungsgeschwindigkeit von bis zu 100 Millionen Bildern pro Sekunde erreichen kann. Der integrierte asynchrone, photonengetriebene Sensorchip markiert jedes Photonenerkennungsereignis mit einem Zeitstempel und gibt nur die tatsächlich aufgetretenen Photonenereignisse aus. Dadurch wird das Ausgabevolumen der Daten effektiv reduziert, während die Einzelphotonenempfindlichkeit und die Hochgeschwindigkeitsreaktionsfähigkeit erhalten bleiben.

Im Bereich der Sensormodule bietet NovoViz verschiedene Arten von Entwicklungsmodulen für SPAD-Sensoren an, darunter Typen für Photonenzählauflösung, zweipixelige Korrelationsmessungen, Photonenburst-Erkennung und kleine Zeilenarrays, die für Szenarien wie Einzelphotonenzählung, Zeitstempelaufzeichnungen und korrelative Erkennung geeignet sind. Das Modul für Photonenzählauflösung eignet sich für Photonenstatistik, Hochdynamikbereichs- und Schwachlichtbildgebung; das Modul für zweipixelige Korrelatoren kann für korrelative Messungen in der Quantenoptik und der diffusen Korrelationsspektroskopie verwendet werden; das Modul für Photonenburst-Erkennung unterstützt Fluoreszenzlebensdauer-Messungen, Tiefensensorik und Schwachlichtbildgebung; das kleine Zeilenarray-Modul ist auf Anwendungen in der Interferometrie, Spektroskopie und Faserkopplung ausgerichtet.

Darüber hinaus bietet NovoViz auf Grundlage der Anforderungen von Kunden an optische Leistung, Anwendungsbereiche und Fertigungsverfahren maßgeschneiderte Dienstleistungen für das Design von SPAD-Sensoren und die Charakterisierung von Bauelementen an, die Bereiche wie autonomes Fahren, Raumfahrttechnik und biomedizinische Forschung bedienen.

Bis März 2026 hat NovoViz insgesamt 1,9 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln eingesammelt. Davon wurden mehr als 1 Million US-Dollar unabhängig über Förderungen, Wandeldarlehen und Kapitalbeteiligungen aufgebracht, um die Entwicklung der ersten und zweiten Generation von Sensorprodukten sowie die Marktexpansion zu unterstützen.

NovoViz wurde 2025 in die Liste der "TOP 100 Swiss Startups" aufgenommen. Die Liste "TOP 100 Swiss Startups" vereint die besten technologieorientierten Startups und Wachstumsunternehmen "Made in Switzerland" und gilt als die einflussreichste internationale Referenzliste im Bereich der schweizerischen technologischen Innovation. Seit 2011 werden jährlich in der gesamten Schweiz 100 der bahnbrechendsten und marktfähigsten schweizerischen Innovationsunternehmen sowie 25 schweizerische Wachstumsunternehmen mit hohem Einhorn-Potenzial ausgewählt, die Bereiche wie Biowissenschaften, Maschinenbau, Robotik, Informations- und Kommunikationstechnik, Niedrigkohlenstoff-Technologie und Lebensmitteltechnologie abdecken. Die Liste "TOP 100 Swiss Startups" und ihre zugehörigen Markenveranstaltungen sind ein markantes Element des schweizerischen Innovationsökosystems und repräsentieren die Spitze der schweizerischen Innovation sowie die Spitzenposition im internationalen Investitions- und Finanzierungsbereich.

Die chinesische Ausgabe der Liste "TOP 100 Swiss Startups" 2025 wurde von Insight Tech mit Unterstützung veröffentlicht. Insight Tech ist der autorisierte chinesische Partner von "TOP 100 Swiss Startups", der für den Betrieb und die Förderung der Liste in China verantwortlich ist und die kommerzielle Zusammenarbeit der Listeprojekte mit China unterstützt. Insight Tech ist ein Dienstleister für industrielle Innovationszusammenarbeit zwischen China und der Schweiz, der sich durch Ökosystemaufbau und grenzüberschreitende Förderung dafür einsetzt, schweizerische Innovationen in China zu etablieren und chinesische Industrien international zu vernetzen.

Um die vollständige Liste der "TOP 100 Swiss Startups" sowie branchenspezifische Listen zu erhalten, besuchen Sie bitte den offiziellen WeChat-Account oder die Website von Insight Tech.