ST met la capture d’images 3D à la portée des smartphones

STMicroelectronics commercialise le premier capteur d’images 3D de 0,5 mégapixel compatible avec une intégration dans les smartphones, en combinant la mesure de temps de vol indirecte (iToF) et une structure de pixels à illumination par l’arrière (BSI).

Le groupe franco-italien STMicroelectronics lance sur le marché l’imageur VD55H1, le premier d’une série de capteurs d’images 3D combinant les avantages de la mesure de temps de vol indirecte (iToF, indirect Time of Flight) et d’une structure de pixels à illumination par l’arrière (BSI, Backside illumination), le tout étant réalisé via un procédé 40 nm basé sur des tranches de silicium empilées.

La prouesse réside ici dans le fait d’avoir fabriqué un capteur 3D de 0,5 million de pixels (672 x 804 pixels de 4,6 µm de côté) dont les performances, l’encombrement (4,5 x 4,9 mm) et la consommation énergétique (abaissée à 80 mW sur certains modes) sont compatibles avec une intégration dans des équipements mobiles compacts et légers grand public. De quoi mettre la capture d’images 3D à la portée des lunettes de réalité augmentée/virtuelle pour les jeux vidéo, et même des smartphones. Une première selon ST.

Combiné à un système d’éclairage de 940 nm, ce capteur permet de construire une caméra 3D à petit facteur de forme avec une portée typique allant jusqu’à 5 mètres en pleine résolution et au-delà de 5 mètres avec un éclairage à motifs.

Rappelons ici que les capteurs de mesure indirecte du temps de vol (iToF) tels que le VD55H1 calculent la distance qui les sépare des objets à partir de la mesure du décalage de phase entre le signal émis et le signal réfléchi, contrairement à ceux utilisant la mesure directe du temps de vol (dToF), qui compte le temps nécessaire à un signal émis pour être renvoyé au capteur.

Le capteur VD55H1 se distingue par sa capacité à fonctionner à une fréquence de modulation de 200 MHz avec un contraste de démodulation supérieur à 85 % à 940 nm. De quoi réduire de moitié l’erreur de mesure par rapport aux produits existants qui fonctionnent généralement à une fréquence d’environ 100 MHz. Une architecture iToF multifréquences, un pixel à faible bruit et une dynamique élevée garantissent en outre un haut niveau de précision à courte ou longue distance. L’erreur de mesure est ainsi inférieure à 1 %, et la précision moyenne égale à 0,1 % de la distance.

Capables de gérer des cadences jusqu’à 120 images par seconde, ce capteur est par ailleurs doté d’une gestion des fréquences et des phases d’émission et de réception de la lumière, avec un générateur d’horloge à étalement de spectre (SSCG) afin d’atténuer les interférences entre plusieurs appareils et d’optimiser la compatibilité électromagnétique. Sa consommation énergétique peut en outre être abaissée à moins de 100 mW dans certains modes de lecture.

En cartographiant les surfaces en trois dimensions avec une résolution de plus d’un demi-million de points et avec une portée jusqu’à 5 mètres, voire davantage avec une source d’illumination multipoints, le VD55H1 s’adresse aux applications de réalité augmentée et de réalité virtuelle grand public (cartographie de pièces en intérieur, jeux vidéo, avatars en 3D, etc.) et de robotique domestique (détection et cartographie d’obstacles) mais également aux smartphones. On pense notamment à l’ajout de diverses fonctionnalités photo ou vidéo (effet Bokeh ou flou d’arrière-plan, sélection automatique de la caméra, segmentation vidéo, etc.) mais aussi et surtout à l’authentification faciale pour le déverrouillage du téléphone ou le paiement via smartphone, et plus généralement les transactions sécurisées ou le contrôle d’accès.

Le VD55H1 est d’ores et déjà disponible sous forme d’échantillons pour les clients principaux de ST. Sa production de volume est prévue au cours du deuxième semestre 2022. Un design de référence sous forme d’un module caméra 3D miniature, incluant un système d’illumination infrarouge (laser) créé autour du VD55H1, est également proposé, de même qu’un pilote logiciel complet ainsi que des bibliothèques contenant des algorithmes de reconstruction 3D et de traitement des images (post-processing), compatibles avec les dernières plateformes Android.

Le capteur VD55H1 vient compléter le portefeuille FlightSense de ST, qui comprend à présent des produits de mesure directe et indirecte du temps de vol, en partant des capteurs de télémétrie mono-point et entièrement intégrés jusqu’aux imageurs 3D les plus sophistiqués qui équiperont bientôt les nouvelles générations de produits intelligents et autonomes.