Yole Développement agence de recherche de marché et ses partenaires ont récemment fait équipe System Plus Consulting, le démantèlement de l'intérieur de l'honneur le module iPhone d'Apple X TrueDepth, « EE Times » à visiter Yole vue de leur raisonnement dans ce module proche infrarouge (NIR) le capteur d'image utilisé dans une des tranches de silicium sur isolant (SOI), et, pour le SOI STMicroelectronics (STMicroelectronics, ST) a développé ce capteur NIR joue un rôle clé dans la sensibilité, ce qui peut satisfaire aux exigences strictes d'Apple .
Pierre Cambou, Yole Développement Imaging et Sensor Business Analyst, a déclaré que les capteurs d'images NIR basés sur SOI constituent une «étape très intéressante dans l'évolution de SOI».
De nombreuses entreprises de la «Vallée de l'imagerie» près de Grenoble, en France, ont utilisé des plaquettes SOI développées à l'origine pour des capteurs d'image rétro-éclairés (BSI) et, selon Cambou, La recherche SOI pour les capteurs NIR remonte à 2005.
Cependant, Cambou note que le capteur d'image ST NIR d'Apple symbolise la création de SOI pour la production en série de capteurs d'image. "En raison de la taille physique de la lumière, les capteurs d'image ont une surface large. C'est un très bon marché. "
Pendant ce temps, le président Yole et chef de la direction Jean-Christophe Eloy dit « EE Times », dans la conception de TrueDepth, Apple utilise le meilleur des deux mondes une bonne idée - combiner les avantages des deux produits ST et ams 'Apple utilise NIR avancé ST des capteurs d'image, et ams capteur à matrice de points. Eloy souligné, ams 'très bien à des modules optiques complexes. début de l'année, ams acquises avec le temps de l'empilement technologique de vol (TOF) connu pour Heptagon.
Decrypt TrueDepth principe de fonctionnement
Apple a intégré le système de caméra TrueSense TrueDepth sur le devant de l'iPhone X pour reconnaître le visage de l'utilisateur et déverrouiller le téléphone. Comme Yole l'a expliqué plus tôt, pour combiner cela avec le capteur de distance ToF et l'architecture infrarouge Light 'appareil photo, de sorte que vous pouvez utiliser un éclairage uniforme «flood» ou «dot pattern».
Le principe de fonctionnement du système de caméra de détection 3D est très différent de celui d'un capteur d'image CMOS typique qui prend une photo.Tout d'abord, l'iPhone X combine une caméra infrarouge avec un élément de détection panoramique pour projeter une lumière infrarouge uniforme devant le téléphone. Déclencher l'algorithme de reconnaissance de visage.
Cependant, cette fonction de reconnaissance de visage ne fonctionne pas en continu, et une caméra infrarouge connectée au capteur de portée ToF signale que l'appareil photo prend une photo lorsqu'il détecte un visage, l'iPhone X active ensuite son projecteur matriciel puis Des images génériques et des images bitmap sont envoyées à une unité de traitement d'applications (APU) pour l'apprentissage d'un réseau de neurones afin d'identifier les utilisateurs de téléphones mobiles et de déverrouiller le téléphone.
Cambou souligne que l'imagerie 3D n'a pas encore commencé et que l'information 3D est contenue dans une image bitmap. "Un autre APU peut utiliser un autre algorithme pour calculer des cartes de profondeur pour effectuer des applications 3D", ajoute-t-il: L'iPhone X tire parti de la puissance de la puce A11 en raison de son approche de la lumière structurée à forte intensité de calcul, et l'utilisation de réseaux de neurones est la clé de cette conception. "
Cinq sous-modules
Selon une analyse de désassemblage par Yole et System Plus Consulting, une «combinaison complexe de cinq sous-modules» a été trouvée dans le TrueDepth Optical Hub d'Apple: caméras NIR, capteurs de distance ToF + capteurs d'inondation IR, caméras RVB, Projecteurs à matrice de points et capteurs de lumière couleur / ambiante.
Comme indiqué ci-dessous, les caméras IR, les caméras RVB et les projecteurs matriciels sont tous alignés.
Capteur d'image NIR
Le capteur NIR de ST peut être trouvé sur le cœur TrueDepth de l'iPhone X d'Apple. Yole et System Plus Consulting ont trouvé dans le capteur NIR de ST que SOI était utilisé au sommet de l'isolation en tranchée profonde (DTI) .
Le concept de la technologie DTI est bien connu. Généralement, le problème avec les caméras d'aujourd'hui qui nécessitent une résolution haute résolution est que les pixels sont confinés dans le même espace, provoquant du bruit, des changements de couleur ou une pixellisation entre les capteurs adjacents. La technologie DTI a été utilisée pour éviter les fuites entre les photodiodes, et Apple est dit de graver la tranchée réelle entre eux et ensuite remplir la tranchée avec un matériau isolant pour bloquer le courant.
Alors pourquoi Apple utilise-t-il des capteurs d'images NIR basés sur des plaquettes SOI au sommet du DTI?
D'un point de vue optique, Cambou explique que les plaquettes SOI sont utiles parce que la couche isolante fonctionne comme un miroir, soulignant: «La lumière infrarouge peut pénétrer plus profondément et refléter dans la couche active.
Cambou souligne que du point de vue électrique, SOI augmente considérablement la sensibilité NIR, car elle réduit efficacement les fuites au niveau des pixels et une sensibilité améliorée fournit un bon contraste d'image.
Cambou explique que ce contraste est extrêmement important car «le fonctionnement de la lumière structurée est sensible au soleil».
Bien sûr, l'objectif général d'un capteur CMOS ou NIR serait de voir plus de lumière si elle voulait avoir une meilleure image. "Cependant, Cambou a également souligné que lorsqu'un utilisateur tente de déverrouiller l'iPhone X en plein soleil, La lumière sera un problème.
Cambou a déclaré: «Le problème est le contraste entre la projection de la lumière NIR et la lumière ambiante du soleil ou de toute autre source lumineuse, mais le soleil est généralement le plus gros problème.» Ainsi, l'utilisation de plaquettes SOI pour augmenter le contraste NIR Important
Donc, le capteur ST NIR si utiliser FD-SOI ou wafer SOI? Cambou a déclaré que la société est toujours incapable de juger.
Quant au capteur NIR, est-il maintenant certain qu'Apple utilise un NIR à 850 nm ou 940 nm? Cambou déclare: «Nous ne pouvons pas déterminer lequel.» Cependant, il spécule, «Apple est le plus susceptible d'utiliser 850nm comme tout autre fournisseur - par exemple RealSense d'Intel, Facebook, HTC, etc. Cependant, ST est connu pour développer le détecteur de proximité à diode à avalanche (SPAD) à 980 nm et pourrait également avoir l'intention de se tourner vers cette option de longueur d'onde à l'avenir.
Interrogé sur les éventuelles surprises lors du démontage, Cambou a proposé la taille de la puce du capteur d'image ST NIR - d'environ 25mm2 - mais seulement 1,4 million de pixels en raison de son grand pixel de 2,8μm, a déclaré Cambou: Malgré cela, dans cette catégorie, ce pixel est considéré comme "plus petit" que les produits concurrents qui utilisent généralement de 3,0 μm à 5 μm.
Le début d'une nouvelle ère
L'imagerie 3D iPhone X Yole positionné en début d'une nouvelle ère.
Cambou croit aussi que, Apple est la construction d'un avenir pour le capteur proche infrarouge. Il a souligné, Apple a récemment acquis une certaine quantité de la technologie Acer (InVisage Technologies), je pense que Apple a l'intention de faire fournir InVisage fonction du capteur proche infrarouge, mais aussi il peut y avoir plusieurs Façon d'expliquer l'acquisition.
pense Cambou, InVisage peut ne pas correspondre avec les produits ST en termes de performance, mais il peut fournir une solution pour la miniaturisation, il a mentionné: « Ainsi, la technologie ID Face à d'autres produits miniatures, comme casque de réalité augmentée (AR) Type de périphérique
Impact commercial
D'une part, l'iPhone X d'Apple crée d'énormes opportunités d'affaires pour les wafers SOI tels que Soitec, et tout aussi important, il marque un retour significatif pour ST car Cambou pense que ST fera partie du marché émergent des caméras ToF.
Bien sûr, l'activité des semi-conducteurs est souvent affectée par les effets cycliques de brèves périodes de prospérité et de récession, mais selon Cambou, ST a «effectué une transition très subtile» malgré une activité en baisse après avoir perdu Nokia sur le marché des combinés.
ST a créé de nombreux types d'applications de capteurs d'images: passer des capteurs d'image CMOS aux futurs capteurs NIR et SPAD tout en tirant parti des atouts de l'entreprise et de la technologie sous-jacente développée en interne.