Исследовательская фирма Yole Développement недавно объединилась со своим партнером System Plus Consulting для демонстрации модуля TrueDepth внутри Apple iPhone X. «EE Times» с удовольствием провела интервью с Yole, и они рассудили, что в этом инфракрасном (NIR) В датчике изображения используется плата SOI, а SOI играет ключевую роль в чувствительности для разработанных STMicroelectronics (ST) разработанных датчиков NIR для удовлетворения строгих требований Apple ,
Пьер Камбоу, аналитик Yole Développement Imaging и Sensor Business Analyst, сказал, что датчики изображения NIR на основе SOI являются «очень интересной вехой в эволюции SOI».
Многие компании в так называемой «Долине изображений», недалеко от Гренобля, Франция, используют SOI-вафли из Soitec, первоначально использовавшиеся для датчиков с подсветкой (BSI) и, по словам Камбоу, Исследования SOI для датчиков NIR относятся к 2005 году.
Тем не менее, Cambou отмечает, что датчик изображения ST NIR от Apple символизирует создание SOI для массового производства датчиков изображения. «Из-за физического размера света датчики изображения имеют широкую поверхность, поэтому для поставщиков субстратов, таких как Soitec Это довольно хороший рынок.
В то же время Жан-Кристоф Элой, президент и исполнительный директор Yole, сказал «EE Times», что Apple придумала лучшее из обоих миров, когда речь заходила о разработке TrueDepth, сочетая преимущества продуктов ST и ams ». Apple приняла передовой NIR ST Датчики изображения и ams матричных датчиков ». Элой отметил, что ams« очень хорош в сложных оптических модулях ». Ранее в этом году ams приобрел Heptagon, который известен тем, что укладывает технологию Time-of-Flight (ToF).
Расшифруйте принцип работы TrueDepth
Apple объединила систему камер TrueSense под названием TrueDepth на передней панели iPhone X, чтобы распознать лицо пользователя и разблокировать телефон. Как объяснил Йол ранее, объединить это с датчиком диапазона ToF и инфракрасной архитектурой Light ', поэтому вы можете использовать равномерное освещение «наводнение» или «точка-образец».
Принцип работы системы 3D-зондирования сильно отличается от принципа работы типичного CMOS-датчика изображения, который снимает фотографию. Во-первых, iPhone X объединяет инфракрасную камеру с элементом панорамы для проецирования единого инфракрасного света перед телефоном. Алгоритм распознавания лиц триггера.
Однако эта функция распознавания лиц не работает непрерывно, а инфракрасная камера, подключенная к датчику диапазона ToF, сигнализирует, что камера делает фотографию, когда она обнаруживает лицо, iPhone X затем активирует свой матричный проектор, а затем Общие изображения и растровые изображения отправляются в блок обработки приложений (APU) для обучения нейронной сети для идентификации пользователей мобильных телефонов и разблокировки телефона.
Cambou указывает, что в это время 3D-изображение не запускается, а трехмерная информация содержится в растровом изображении. «Другой APU может использовать другой алгоритм для расчета карт глубины для выполнения 3D-приложений», - добавил он: IPhone X использует мощь чипа A11 из-за его интенсивного подхода, основанного на вычислении, и использование нейронных сетей является ключом к этому дизайну ».
Пять подмодулей
Согласно анализу разборки Yole и System Plus Consulting, в оптических концентраторах Apple TrueDepth Optical Hub были обнаружены «сложные комбинации из пяти подмодулей»: камеры NIR, датчики диапазона ToF + датчики инфракрасного излучения, камеры RGB, Матричные проекторы и датчики цвета / окружающей среды.
Как показано ниже, ИК-камеры, камеры RGB и матричные проекторы выравниваются.
Датчик изображения NIR
Сенсор NIR ST можно найти в ядре TrueDepth Apple iPhone X. Yole и System Plus Consulting нашли в датчике NIR ST, что SOI использовался в верхней части глубокой изоляции траншей (DTI) ,
Концепция технологии DTI хорошо известна. Вообще, проблема с сегодняшними камерами, которые требуют высокого разрешения, заключается в том, что пиксели ограничены в одном и том же пространстве, вызывая шум, изменение цвета или пикселирование между соседними датчиками при съемке Технология DTI использовалась для предотвращения утечки между фотодиодами, и Apple, как говорят, травит фактическую траншею между ними, а затем заполняет траншею изоляционным материалом для блокировки тока.
Итак, почему Apple использует датчики изображения NIR на основе SOI-пластин в верхней части DTI?
С оптической точки зрения, Cambou объясняет, что пластины SOI полезны, потому что изолирующий слой функционирует как зеркало, указывая: «Инфракрасный свет может проникать глубже и отражать обратно в активный слой».
Cambou указывает, что с электрической точки зрения SOI значительно увеличивает чувствительность NIR, потому что она эффективно уменьшает утечку на уровне пикселей и улучшает чувствительность, обеспечивая хороший контраст изображения.
Камбо объясняет, что этот контраст чрезвычайно важен, потому что «работа структурированного света восприимчива к солнечному свету».
Конечно, общая цель CMOS или NIR-датчика заключалась бы в том, чтобы увидеть больше света, если бы у него было лучшее изображение ». Однако Cambou также отметил, что когда пользователь пытается разблокировать iPhone X при ярком солнечном свете, Свет будет проблемой.
Cambou сказал: «Проблема заключается в контрасте между проекцией света NIR и окружающим светом солнца или любого другого источника света, но солнце обычно является самой большой проблемой». Таким образом, использование Apple SOI-пластин для увеличения контраста NIR до существенный.
Таким образом, датчик ST NIR использует ли FD-SOI или SOI-пластину? Cambou сказал, что компания все еще не может судить.
Что касается датчика NIR, то теперь уверен, что Apple использует NIR на 850 нм или 940 нм? Cambou заявляет: «Мы не можем определить, какой из них». Однако он размышляет: «Apple, скорее всего, будет использовать 850 нм, как и любой другой поставщик - например Intel RealSense, Facebook, HTC и т. Д. Тем не менее, ST известна разработкой 940-нм однофотонного лавинного диода (SPAD) для поиска близости и может также намереваться перейти к этому варианту длины волны в будущем.
Когда его спросили о каких-либо сюрпризах в демонтаже, Cambou предложил размер чипа датчика изображения ST NIR размером около 25 мм2, но только 1,4 миллиона пикселей из-за большого 2,8-мегапиксельного пикселя, Cambou сказал: Несмотря на это, в этой категории этот пиксель считается «меньшим», чем конкурирующие продукты, которые обычно используют от 3,0 мкм до 5 мкм.
Начало новой эры
Yole позиционировал iPhone X как начало новой эры в 3D-обработке изображений.
Cambou также считает, что Apple строит будущее для датчиков NIR, отметив, что Apple недавно приобрела технологию InVisage, и что «я думаю, что Apple намерена использовать InVisage возможности датчиков NIR, но, вероятно, есть несколько Способ объяснить приобретение.
Cambou полагает, что InVisage, возможно, не сможет сопоставить производительность ST с точки зрения производительности, но может предоставить решения для миниатюризации, он сказал: «В результате технология Face ID может быть уменьшена до других продуктов, таких как дополненная реальность (AR) Тип устройства
Влияние на бизнес
С одной стороны, Apple iPhone X создает огромные возможности для бизнеса для SOI-вафель, таких как Soitec, и, что не менее важно, он знаменует возвращение ST, поскольку Cambou полагает, что ST станет частью нового рынка камер ToF.
Конечно, на полупроводниковый бизнес часто влияют циклические эффекты кратковременных периодов бума и бюста, но, по словам Камбу, ST «сделала очень тонкий переход», несмотря на сокращение бизнеса после того, как он потерял Nokia на рынке телефонов.
ST создала множество различных типов применений датчиков изображения: переход от датчиков изображения CMOS к будущим датчикам NIR и SPAD при одновременном использовании активов компании и базовой технологии, разработанной собственными силами.