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iPhone X 3D摄像头(TrueDepth)拆解分析

时间:2017-11-24 21:02来源:网络整理 作者:采集侠 点击:
虽然成像行业的专家都知道苹果(Apple)公司为其iPhone X设计了一个复杂的3D摄像头TrueDepth,但该模组内包含芯片、组件

  虽然成像行业的专家都知道苹果(Apple)公司为其iPhone X设计了一个复杂的3D摄像头——“TrueDepth”,但该模组内包含芯片、组件甚至一直到基板的3D系统内的大部分细节仍然是深沉、黑暗的秘密。
  EE Times与Yole进行了访谈,Yole本周完成了与合作伙伴System Plus Consulting的合作,拆解了Apple iPhone X中的 TrueDepth模组。他们推断绝缘体上硅(SOI)晶圆正用于近红外(NIR)图像传感器。他们指出,SOI在提高意法半导体(STMicroelectronics)开发的近红外图像传感器的灵敏度方面发挥了关键作用,以满足苹果严格的要求。
  Yole成像和传感器业务负责人Pierre Cambou表示,基于SOI的近红外图像传感器是“SOI非常有趣的一个里程碑”。
  位于法国格勒诺布尔(Grenoble)附近所谓的“图像谷”(Imaging Valley)的许多公司都使用由Soitec开发的SOI晶圆,最初是用于背照式(BSI)图像传感器。同时,根据Cambou的报导,近红外图像传感器SOI的研究可以追溯到2005年。
  但Cambou点出,苹果采用意法半导体的近红外图像传感器象征着SOI在图像传感器大规模生产方面的开始。 “由于光线的物理尺寸,图像传感器的特点是表面很广。因此,对于像Soitec这样的基板供货商来说,这是一个相当不错的市场。”
  与此同时,Yole董事长兼首席执行官Jean-Christophe Eloy告诉EE Times,在设计TrueDepth时,“苹果公司采用了结合意法半导体和ams公司产品优点的两全其美的方式。” 苹果采用了意法半导体的领先的近红外图像传感器,以及来自ams的点光源。 Eloy指出,ams“在其复杂的光学模块方面非常出色”。今年早些时候,ams收购了因基于飞行时间(ToF)技术的光学封装而闻名的Heptagon。
  

iPhone X 3D摄像头(TrueDepth)拆解分析

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  3D摄像头工作原理回顾
  苹果公司在iPhone X的正面集成了3D摄像头——TrueDepth,以识别用户脸部并解锁手机。正如Yole先前所解释的,为了实现这一点,苹果公司将ToF测距传感器与红外“结构光”摄像头结合起来,可以使用统一的“泛光”或“点状图”照明。
  3D摄像头的工作原理与拍摄照片的普通CMOS图像传感器非常不同。首先,iPhone X将红外摄像头与投射照明器组合在一起,在手机前投射均匀的红外线。然后拍摄图像,并据此触发人脸识别算法。
  然而,这个人脸识别功能并不是一直运行的。连接到ToF测距传感器的红外摄像机发出信号,指示摄像头在检测到脸部时拍摄照片。 iPhone X接着激活它的点阵式投影器拍摄图像。然后将一般图像和点图案图像发送到应用程序处理单元(APU),该应用程序处理单元通过神经网络训练识别手机用户并开启手机。
  Yole的Cambou指出,目前并没有进行3D图像的运算。3D信息包含在点状图案图像中。“为了运行3D应用程序,同一个APU可以使用另一种计算图像深度图的算法。”他补充说:“结构光方法已知是计算密集型的,iPhone X充分利用了A11芯片的强大处理能力。使用神经网络是使之成为可能的关键技术。”
  五个子模块
  Yole和System Plus咨询公司的拆解分析在苹果的3D摄像头(TrueDepth)中发现了一个“五个子模块的复杂组合”。它们分别是:近红外摄像头、ToF测距传感器+红外泛光照明器、RGB摄像头、点阵式投影器和彩色/环境光传感器。
  如下图所示,红外摄像头、RGB摄像投和点阵投影器全部对齐排列。
  

iPhone X 3D摄像头(TrueDepth)拆解分析

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  近红外图像传感器
  在苹果iPhone X的3D摄像头(TrueDepth)核心,有意法半导体的近红外图像传感器。 Yole和System Plus公司在意法半导体的近红外图像传感器内部发现了“在深沟隔离(DTI)之上绝缘体上硅(SOI)的使用。”
  DTI技术的概念是众所周知的。一般来说,需要高传感器分辨率的当今摄像头所面临的问题在于像素被限制在相同的空间内,在拍摄照片时造成相邻传感器的干扰(noise)、变色或像素化。DTI被用于防止光电二极管之间的泄漏。据报导,苹果在每个之间蚀刻实际沟槽,然后用绝缘材料填充沟槽,以阻绝电流。
  所以,在使用DTI之余,苹果为什么要把SOI晶圆用于近红外图像传感器?
  从光学的角度来看,Cambou解释说SOI晶圆是有利的,因为绝缘层的功能就像一面镜子。他指出:“红外光穿透深度较大,并且会反射回活性层。”
  Cambou指出,从电气角度来说,SOI提高了近红外的灵敏度,主要是因为它能很好地减少像素内的泄漏。改进的灵敏度提供了良好的图像对比。
  Cambou说明,对比是重要的,因为“结构化的光线操作容易受到阳光的干扰”。
  当然,常规的CMOS图像传感器或近红外传感器“很高兴能有额外的光线,如果目标是要有更好的图像,”Cambou说。但是,当用户试图在明亮的阳光下解锁iPhone X时,光线是一个问题。
  Cambou说:“问题在于近红外光投射点与太阳或任何其他光源的环境光的对比。但太阳通常是最大的问题。” 因此,苹果通过采用SOI晶圆来提高近红外的对比度是至关重要的。
  当被问及意法半导体的近红外图像传感器是否使用FD-SOI或SOI晶圆时,Cambou表示,研究公司目前还无法判断。
  

iPhone X 3D摄像头(TrueDepth)拆解分析

  Apple iPhone X 3D摄像头(TrueDepth)中的近红外图像传感器

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