A Yole Développement, uma empresa de pesquisa de mercado, recentemente se associou ao seu parceiro System Plus Consulting para desmontar o módulo TrueDepth dentro do iPhone X da Apple. "EE Times" teve o prazer de entrevistar Yole e eles argumentaram que no infravermelho próximo deste módulo (NIR) Uma bolacha SOI é usada no sensor de imagem e o SOI desempenha um papel fundamental na sensibilidade para os sensores NIR desenvolvidos pela STMicroelectronics (ST) para atender aos requisitos rigorosos da Apple .
Pierre Cambou, Yole Développement Imaging e Sensor Business Analyst, disse que os sensores de imagem NIR baseados em SOI são um "marco muito interessante na evolução do SOI".
Muitas empresas do chamado 'Imaging Valley', perto de Grenoble, na França, usaram o SoIc desenvolvido para o SOI wafers originalmente para sensores de imagem retro-iluminados (BSI) e, de acordo com Cambou, A pesquisa SOI para sensores NIR remonta a 2005.
No entanto, a Cambou observa que o sensor de imagem STNIR da Apple simboliza a criação da SOI para a produção em massa de sensores de imagem. "Devido ao tamanho físico da luz, os sensores de imagem possuem uma superfície ampla, de modo que, para fornecedores de substratos como o Soitec Este é um mercado muito bom.
Enquanto isso, Jean-Christophe Eloy, presidente e diretor executivo da Yole, disse ao "EE Times" que a Apple adotou o melhor dos dois mundos quando se trata de projetar o TrueDepth - combinando os benefícios dos produtos ST e ams '. Apple adotou o NIR avançado do ST Sensores de imagem e ams de sensores de matriz de pontos ". Eloy observou que a ams 'é muito boa em módulos ópticos complexos." No início deste ano, adquiriu o Heptagon, que é conhecido por empilhar tecnologia de tempo de vôo (ToF).
Decrypt TrueDepth princípio de funcionamento
A Apple integrou o sistema de câmera TrueSense chamado TrueDepth na frente do iPhone X para reconhecer o rosto do usuário e desbloquear o telefone. Como Yole explicou anteriormente, combinar isso com o sensor do alcance do ToF e a arquitetura infravermelha Light ', para que você possa usar a iluminação uniforme' flood 'ou' dot pattern '.
O princípio de operação do sistema de câmera sensível a 3D é muito diferente do de um sensor de imagem CMOS típico que leva uma foto. Primeiro, o iPhone X combina uma câmera infravermelha com um elemento pan-sensing para projetar uma luz infravermelha uniforme na frente do telefone. Trigger o algoritmo de reconhecimento de rosto.
No entanto, esse recurso de reconhecimento facial não funciona continuamente e uma câmera infravermelha conectada ao sensor de alcance ToF indica que a câmera tira uma foto quando detecta uma face, o iPhone X ativa o projetor de matriz de pontos e, em seguida, Imagens genéricas e imagens de mapa de bits são enviadas para uma unidade de processamento de aplicativos (APU) para treinamentos de rede neural para identificar usuários de celulares e desbloquear o telefone.
Cambou ressalta que a imagem 3D não começou no momento e as informações em 3D estão contidas em uma imagem bitmap. Outra APU pode usar outro algoritmo para calcular mapas de profundidade para aplicações 3D ", acrescentou: O iPhone X aproveita o poder do chip A11 devido à sua abordagem de luz estruturada intensiva computacionalmente, e o uso de redes neurais é a chave para esse projeto ".
Cinco sub-módulos
De acordo com uma análise de desmontagem da Yole e System Plus Consulting, foi encontrada uma "combinação complexa de cinco submódulos" no hub TrueDepth Optical da Apple: câmeras NIR, sensores da faixa ToF + sensores de inundação IR, câmeras RGB, Projetores de matriz de pontos e sensores de luz de cor / ambiente.
Como mostrado abaixo, as câmeras IR, as câmeras RGB e os projetores de matrizes de pontos estão alinhados.
Sensor de imagem NIR
O sensor NIR da ST pode ser encontrado no núcleo TrueDepth do Apple iPhone X. A Yole e a System Plus Consulting encontraram no sensor NIR da ST que o SOI foi usado no topo do isolamento da trincheira profunda (DTI) .
O conceito de tecnologia DTI é bem conhecido. Geralmente, o problema com as câmeras de hoje que exigem resolução de alto senso é que os pixels estão confinados no mesmo espaço, causando ruído, alteração de cor ou pixelação entre sensores adjacentes à medida que a imagem é tirada A tecnologia DTI foi usada para evitar vazamentos entre os fotodiodos, e a Apple dizia que a trinca real entre eles e depois enche a trincheira com um material isolante para bloquear a corrente.
Então, por que a Apple usa sensores de imagem NIR com base em bolachas SOI na parte superior do DTI?
Do ponto de vista óptico, Cambou explica que as bolachas SOI são úteis porque a camada isolante funciona como um espelho, apontando: "A luz infravermelha pode penetrar mais profundamente e refletir novamente na camada ativa".
Cambou aponta que, do ponto de vista elétrico, o SOI aumenta drasticamente a sensibilidade do NIR porque ele efetivamente reduz o vazamento no nível do pixel ea sensibilidade aprimorada proporciona um bom contraste de imagem.
Cambou explica que esse contraste é extremamente importante porque "a operação da luz estruturada é suscetível à luz do sol".
Claro, o objetivo geral de um sensor CMOS ou NIR seria ver mais luz se fosse para ter uma imagem melhor. "No entanto, Cambou também apontou que, quando um usuário tenta desbloquear o iPhone X em luzes brilhantes, A luz será um problema.
Cambou disse: "O problema é o contraste entre a projeção da luz NIR e a luz ambiente do sol ou qualquer outra fonte de luz, mas o sol geralmente é o maior problema". Assim, o uso da Apple de bolachas SOI para aumentar o contraste NIR é suficiente Importante.
Então, o sensor ST NIR deve usar FD-SOI ou bolacha SOI? Cambou disse que a empresa ainda não conseguiu julgar.
Quanto ao sensor NIR, agora é certo que a Apple usa um NIR em 850nm ou 940nm? Cambou afirma: "Não podemos determinar qual deles." No entanto, ele especula: "A Apple provavelmente usará 850nm, assim como qualquer outro fornecedor - por exemplo RealSense da Intel, Facebook, HTC, etc. No entanto, o ST é conhecido por desenvolver o detector de proximidade de diâmetro de avalanche de fóton único (SPAD) de 940nm e também pode pretender recorrer a esta opção de comprimento de onda no futuro.
Quando perguntado sobre as surpresas no desmantelamento, a Cambou propôs o tamanho do chip do sensor de imagem ST NIR - cerca de 25 mm2 de tamanho -, mas apenas 1,4 milhões de pixels devido ao seu grande pixel de 2,8 μm, Cambou disse: Apesar disso, nesta categoria, este pixel é considerado "menor" do que produtos concorrentes que tipicamente usam 3,0 μm a 5μm.
O início de uma nova era
Yole posicionou o iPhone X como o início de uma nova era em imagens 3D.
A Cambou também acredita que a Apple está construindo o futuro dos sensores NIR, observando que a Apple adquiriu recentemente as tecnologias InVisage, e que "eu acho que a Apple pretende que o InVisage forneça capacidades de sensor NIR, mas provavelmente há vários mais Maneira de explicar a aquisição ".
A Cambou acredita que a InVisage pode não corresponder ao desempenho da ST em termos de desempenho, mas é capaz de fornecer soluções para a miniaturização, e disse: "Como resultado, a tecnologia Face ID pode ser reduzida a outros produtos como a realidade aumentada (AR) Tipo de dispositivo
Impacto do negócio
Por um lado, o Apple iPhone X está criando enormes oportunidades de negócios para bolachas SOI, como a Soitec, e, o mais importante, marca um retorno significativo para a ST, enquanto a Cambou acredita que a ST será parte do mercado emergente da câmera ToF.
Claro, o negócio de semicondutores é freqüentemente afetado pelos efeitos cíclicos de breves períodos de boom e busto, mas, de acordo com a Cambou, a ST "fez uma transição muito sutil", apesar de um negócio encolhendo depois que perdeu a Nokia no mercado de celulares.
A ST criou muitos tipos diferentes de aplicações de sensores de imagem: movendo-se de sensores de imagem CMOS para futuros sensores NIR e SPAD enquanto alavancava os ativos da empresa e a tecnologia subjacente desenvolvida internamente.