WO2022268625A1 - Dispositif pour l'acquisition d'une carte de profondeur d'une scene - Google Patents

Dispositif pour l'acquisition d'une carte de profondeur d'une scene Download PDF

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WO2022268625A1
WO2022268625A1 PCT/EP2022/066444 EP2022066444W WO2022268625A1 WO 2022268625 A1 WO2022268625 A1 WO 2022268625A1 EP 2022066444 W EP2022066444 W EP 2022066444W WO 2022268625 A1 WO2022268625 A1 WO 2022268625A1
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WO
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pixel
pix2
depth
frequency
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Application number
PCT/EP2022/066444
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Gaelle Palmigiani
Yvon Cazaux
Alexis Rochas
François AYEL
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Publication date
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    • G01S7/4915—Time delay measurement, e.g. operational details for pixel components; Phase measurement

Definitions

  • TITLE Device for the acquisition of a depth map of a scene
  • This application relates to the field of devices for acquiring a depth map or image of a scene.
  • Image acquisition devices capable of acquiring depth information have been proposed.
  • indirect time of flight detectors (indirect time of flight" in English - iTOF) act to emit a light signal towards a scene, then to detect the light signal reflected by elements of the scene.
  • indirect time of flight By evaluating the phase difference between the emitted light signal and the reflected signal, it is possible to estimate distances between the sensor and elements, for example objects, of the scene, or relative distances (depths) between the elements of the scene. .
  • a depth image acquisition device having a same resolution and the same lateral dimensions as a usual depth image acquisition device, but increased precision compared to this usual device.
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known depth image acquisition devices.
  • One embodiment provides a device for acquiring a depth image of a scene, comprising a sensor of a reflected light signal corresponding to the reflection on the scene of an incident light signal.
  • the sensor includes a first detection level stacked on a second detection level.
  • Each detection level comprises an array of depth pixels, each depth pixel of said level comprising at least one photodetector and being configured to acquire at least first, second and third samples of charges photogenerated in said pixel during first, second and third respective durations, the first, second and third durations of said level being periodic according to a first frequency of said level.
  • Each first level photodetector is superposed on a second level photodetector.
  • the first frequency of the second level is equal to k times the first frequency of the first level, with k a number greater than or equal to 1.
  • the device further comprises a calculation circuit configured to calculate, for each depth pixel of each of the first and second levels, a distance from the first, second and third samples of said depth pixel, and, from said calculated distances, a depth map of the scene, the depth map of the scene having, of preferably, an increased precision compared to a depth map of the scene reconstituted from the distances calculated for the depth pixels of the first level and to a depth map of the scene reconstituted from the distances calculated for the depth pixels of the second level.
  • the device further comprises a depth pixel control circuit.
  • the number k is strictly greater than 1.
  • the number k is an integer.
  • the number k is strictly greater than 7.
  • the device comprises a light source configured to supply the incident light signal so that:
  • the incident light signal comprises a first light signal at a first wavelength and a second light signal at a second wavelength different from the first wavelength
  • the first light signal is amplitude modulated at the first frequency of the first level
  • the second light signal is amplitude modulated at the first frequency of the second level.
  • the device comprises a filter arranged between the first and second levels of the sensor, configured to block the first light signal and allow the second light signal to pass.
  • the device further comprises a light source configured to provide the amplitude-modulated incident light signal simultaneously at the first frequency of the first level and at the first frequency of the second level.
  • the number k is determined so that the contribution of the first frequency of the first level to a measurement, by the second level, of the first frequency of the second level in the reflected signal is less than a target value.
  • the first frequency of the first level induces an error in the calculation of the distances for the depth pixels of the second level and the number k is determined by a target maximum value of this error.
  • the number k is greater than or equal to 20.
  • each depth pixel of the first level is associated with a corresponding depth pixel of the second level.
  • each depth pixel of the first level is stacked on the depth pixel of the second level with which it is associated.
  • the calculation circuit for each stacking of a depth pixel of the first level on a depth pixel of the second level, is configured to eliminate an uncertainty on the distance calculated for the depth pixel of the second level from the distance calculated for the depth pixel of the first level.
  • the calculation circuit for each stack of a first level depth pixel on a second level depth pixel, is configured: - to calculate, for each pixel, the distance from a modulo 2P phase shift determined from the first, second and third samples of said pixel, an uncertainty on said calculated distance resulting from the modulo 2P of said phase shift; and
  • k is equal to 1
  • each depth pixel comprises at least two photodetectors
  • each depth pixel of the first level is associated with a corresponding depth pixel of the second level
  • the centers of the pixels of depth of the first level are offset from the centers of the corresponding depth pixels of the second level.
  • the offset is constant at each capture; or at each two successive captures, the shift is implemented for only one of the two captures; or at each two successive captures the offset is different between the two captures.
  • the depth pixel control circuit is configured to implement the shift.
  • each depth pixel comprises at least two photodetectors
  • each depth pixel of the first level is associated with a corresponding depth pixel of the second level
  • the centers of the depth pixels of the first level are shifted with respect to the centers of the pixels of corresponding depths of the second level
  • the depth pixel control circuit is configured, at each two successive captures, for:
  • the calculation circuit is configured to improve the precision of the depth map in a direction of the offset of the centers of the depth pixels of the first level with respect to the centers of the corresponding depth pixels of the second level .
  • the photodetectors of the depth pixels are organized in rows and in columns, the rows are orthogonal to the columns, the rows and the columns are orthogonal to a stacking direction of the first level on the second level , and the offset corresponds to an offset of one row and/or one column.
  • the device further comprises a circuit configured to synchronize the first, second and third durations of the first level with, respectively, the first, second and third durations of the second level.
  • the device further comprises a light source configured to supply the incident light signal modulated in amplitude at the first frequency only.
  • the senor is configured to receive the reflected light signal from the side of the first level.
  • at least the first level further comprises 2D image pixels.
  • the photodetectors of the depth pixels are organized in rows and in columns, the rows being orthogonal to the columns, the rows and the columns also being orthogonal to a stacking direction of the first level on the second level, and in which the 2D image pixels are arranged between two successive rows and/or between two successive columns.
  • FIG. 1 schematically represents an embodiment of a device for acquiring a depth image
  • FIG. 2 is a graph illustrating an example of the light intensity of an emitted and returned light signal
  • FIG. 3 is a partial, schematic sectional view illustrating an embodiment of a light signal sensor of a device for acquiring a depth image
  • FIG. 4 represents an embodiment of a photosite circuit
  • FIG. 5 represents another embodiment of a photosite circuit
  • FIG. 6 represents yet another embodiment of a photosite circuit
  • FIG. 7 shows yet another embodiment of a photosite circuit
  • FIG. 8 illustrates, in the frequency domain, details of an embodiment of the sensor of FIG.
  • FIG. 9 represents an embodiment of the spatial distribution of the depth pixel photodetectors of the sensor of FIG. 3;
  • FIG. 10 represents another embodiment of spatial distribution of the depth pixel photodetectors of the sensor of FIG. 3;
  • FIG. 11 represents yet another embodiment of spatial distribution of the depth pixel photodetectors of the sensor of FIG. 3;
  • FIG. 12 represents yet another embodiment of spatial distribution of the depth pixel photodetectors of the sensor of FIG. 3;
  • FIG. 13 represents yet another embodiment of spatial distribution of the depth pixel photodetectors of the sensor of FIG. 3;
  • FIG. 14 represents yet another embodiment of spatial distribution of the depth pixel photodetectors of the sensor of FIG. 3;
  • FIG. 15 represents yet another embodiment of spatial distribution of the depth pixel photodetectors of the sensor of FIG. 3;
  • Figure 16 illustrates an alternative embodiment of the sensor of Figure 12.
  • FIG. 1 schematically represents an embodiment of a device 10 for acquiring a depth image comprising a sensor 12 of a light signal.
  • the device 10 comprises, for example, a circuit for emitting a light signal 14 which controls a light source 16, for example a light-emitting diode ("Light Emitting Diode" in English - LED).
  • the light emitting diode 16 emits, for example, a light signal at a wavelength in the near infrared spectrum, for example in the range of 700 nm to 1100 nm.
  • the light signal emitted by the diode is amplitude modulated periodically.
  • the light signal produced by light-emitting diode 16 is, for example, emitted towards the scene to be captured via one or more lenses (not shown in FIG. 1).
  • the light signal reflected by the scene is picked up by the sensor 12, for example via an imaging lens 17 and an array of microlenses 18, which focus the reflected light signal on the individual pixels of the sensor 12.
  • the sensor 12 comprises, for example, several pixels able to receive the light signal reflected by the image scene and to detect the phase of the signal received to form a depth image. These pixels are referred to below as depth pixels.
  • a calculation circuit 20 of the device for example a processor, is for example coupled to the sensor 12 and to the transmission circuit 14 and determines, on the basis of the signals picked up by the depth pixels of the sensor 12, the corresponding distances between these pixels and the scene
  • the image or depth map produced by the processor 20 is, for example, stored in a memory 22 of the image acquisition device 10.
  • FIG. 2 is a graph representing, by a curve 30, an example of evolution, as a function of time, of the luminous intensity of the light signal emitted by the light-emitting diode 16 towards the scene, and, by a curve 32, an example of evolution, as a function of time, of the light intensity of the light signal received by one of the depth pixels of the sensor 12.
  • these signals are represented in FIG. 2 as having substantially the same intensity, in practice the light signal received by each depth pixel is likely to be notably less intense than the signal emitted.
  • the amplitude modulation of the light signal corresponds to a sinusoidal amplitude modulation at a single modulation frequency.
  • this periodic amplitude modulation corresponds to a different amplitude modulation, for example to a sum of sinusoidal amplitude modulations, to a triangular amplitude modulation, or to an amplitude modulation in slots, for example in all or nothing.
  • FIG. 2 illustrates the case where the light signal is amplitude modulated at a single modulation frequency, as will be described in more detail later, in embodiments the light signal is amplitude modulated simultaneously at two different modulation frequencies.
  • the depth pixels of the present description are used to detect the phase of the received light signal. More particularly, there is a phase shift Df, modulo 2*P, between the transmitted light signal and the received light signal.
  • the phase shift Df modulo 2*P is, for example, estimated on the basis of a sampling of the light signal picked up by a depth pixel during four distinct sampling windows, each corresponding to a different phase shift with respect to the signal emitted light, for example 0°, 90°, 180° and 270° for four sampling windows.
  • the four sampling windows are implemented at each period of the light signal.
  • a technique based on the detection of four samples per period is described in more detail in the publication by R. Lange and by P. Seitz entitled “Solid-state TOF range camera”, IEE J. on Quantum Electronics, vol. 37, No.3, March 2001. Unless otherwise indicated, the embodiments described in the remainder of the description are based on the detection of four samples per period.
  • each sampling window is for example integrated over a large number of modulation periods, for example over approximately 100,000 periods, or, more generally, between 10,000 and 10 million periods.
  • Each sampling window has, for example, a duration of up to a quarter of the period of the light signal.
  • These sampling windows are named C0, Cl, C2, and C3 in figure 2.
  • each sampling window is of the same duration and the four sampling windows have a time of total cycle equal to the period of the light signal. More generally, there may or may not be a time gap between one sampling window and the next, and in some cases there could be an overlap between sampling windows.
  • Each sampling window has for example a duration between 15% and 35% of the signal period luminous in the case of a pixel capturing four samples per period.
  • the timing of the sampling windows C0 to C3 is controlled so as to be synchronized with the timing of the transmitted light signal.
  • the light signal output circuit 14 generates a light signal based on a CLK clock signal (Fig. 1), and the sensor 12 receives the same CLK clock signal to control the start and end times. end of each sampling window, for example by using delay elements to introduce the appropriate phase shifts.
  • the same reference denotes a sampling window and the sample of charges photogenerated during this sampling window.
  • phase shift Df modulo 2*P can be determined using the following equation:
  • c designates the speed of light
  • f the amplitude modulation frequency of the light signal
  • the phase shift Df obtained with the formula Math 1 is estimated modulo 2*P.
  • the amplitude modulation frequency f of the light signal is 25 MHz, or more generally between 10 MHz and 200 MHz.
  • photosite is used to refer to a single photodetector, or photosensitive element, and all the components allowing the acquisition of at least one sample of charges generated by absorption, by this photodetector, of the light signal reflected by the scene for which a depth image is desired.
  • depth pixel refers to the set of components allowing the acquisition of all the samples necessary to allow the determination of a depth value.
  • a depth pixel can comprise several photosites, each corresponding to a distinct photodetector.
  • the light signal received is sampled by transferring, successively and at regular intervals, charges photogenerated in the photosensitive element of a photosite of the pixel during the first sampling window C0, charges photogenerated in the photosensitive element of the same photosite or of another photosite of the pixel during the second sampling window C1, charges photogenerated in the photosensitive element of the same photosite or of another photosite of the pixel during the third sampling window C2, and charges photogenerated in the photosensitive element of the same photosite or another photosite of the pixel during the third sampling window C3.
  • the embodiments and variants described correspond to techniques based on the acquisition of four samples of photogenerated charges.
  • the techniques based on the acquisition of three samples of photogenerated charges are well known to those skilled in the art, who will be able to adapt the description given for the four-sample case to the three-sample case, for example by removing everything related to the acquisition of the fourth sample of photogenerated charges, by adapting the timing of the three remaining time windows and by adapting the formulas [Math 1] and [Math 2].
  • the phase shifts between the three sampling windows and the light signal emitted are respectively 0°, 120° and 240°, each sampling window having a duration of the order of one third of the period of the emitted light signal, for example equal to one third of the period of the emitted light signal.
  • Figure 3 is a sectional view schematically and partially illustrating an embodiment of a sensor 12.
  • the sensor 12 comprises:
  • a first detection level W1 also called first circuit W1 formed in and on a first semiconductor substrate 100, for example a monocrystalline silicon substrate
  • the thickness of each of the substrates 100 and 130 is for example between 2 ⁇ m and 10 ⁇ m, for example between 3 ⁇ m and 5 ⁇ m.
  • sensor 12 is configured so that the reflected light signal that it receives is first received by level W1 before being received by level W2, the light signal received by level W2 having first crossed level W1.
  • the stack of levels W1 and W2 is configured to receive the light signal reflected on the level W1 side.
  • the person skilled in the art is able to adapt the description given below to the case where the sensor is configured to receive the light signal reflected on the level W2 side.
  • the level W1, respectively W2, comprises a matrix of pixels of depth Pix1, respectively Pix2.
  • Each pixel Pix1 is associated with a corresponding pixel Pix2, and, reciprocally, each pixel Pix2 is associated with a corresponding pixel Pix1.
  • each pixel Pix1 is superimposed on the corresponding pixel Pix2, or, in other words, the centers of the pixels Pix1 are aligned with the centers of the corresponding pixels Pix2.
  • each pixel Pixl is offset from the corresponding pixel Pix2, or, in other words, the centers of pixel Pixl are offset from the centers of the pixels Pix2 corresponding.
  • the centers of the pixels are called the center of gravity of the pixels.
  • each level W1, W2 comprises, for example, a number of depth pixels much greater than two, for example greater than 100.
  • the level W1 is configured to estimate the phase difference between an emitted light signal modulated in amplitude at a frequency Fmod1 and a corresponding reflected light signal
  • the level W2 is configured to estimate the phase difference between an emitted light signal modulated in amplitude at a frequency Fmod2, equal to k times the frequency Fmod1, with k a number greater than or equal to 1, and a corresponding reflected light signal.
  • the samples C0, Cl, C2 and C3 acquired by each pixel Pixl, and the corresponding time windows C0, Cl, C2 and C3 will be designated by the references C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1, and, similarly, the samples C0, Cl, C2 and C3 acquired by each pixel Pix2, and the corresponding time windows C0, Cl, C2 and C3 will be designated by the references CO-2, C1-2, C2-2, C3-2.
  • C3-1 are periodic at the frequency Fmod1, the time windows CO-2, respectively Cl-2, C2-2 and C3-2 being periodic at the frequency Fmod2.
  • the frequency Fmod1 is different from the frequency Fmod2
  • the duration of the sampling windows C0-1, Cl-1, C2-1 and C3-1 is different from that of the sampling windows CO-2, Cl- 2, C2-2 and C3-2.
  • Each pixel Pixl, respectively Pix2, comprises at least one photosite PI, respectively P2.
  • Each photosite PI, respectively P2, comprises a single photodetector 101, respectively 131.
  • each pixel Pix1, respectively Pix2, comprises at least one photodetector 101, respectively 131.
  • Each photodetector or photosensitive zone 101 for example a photodiode, is formed, or arranged in substrate 100 of level W1, each photodetector or photosensitive zone 131, for example a photodiode, being formed, or arranged, in substrate 130 of level W2.
  • each pixel Pixl the photosites PI of the pixel Pixl allow the acquisition of all the samples C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 necessary for determining a depth value, or distance, for this pixel Pixl.
  • each pixel Pixl is configured to acquire the charge samples C0-1, Cl-1, C2-1 and C3-1 photogenerated in the pixel Pixl, that is to say in the photodetector(s) of the pixel Pixl .
  • each pixel Pix2 the photosite(s) P2 of the pixel Pix2 allow the acquisition of all the samples CO-2, Cl-2, C2-2, C3-2 necessary for the determination of a depth value, or distance, for this pixel Pix2.
  • each pixel Pix2 is configured to acquire the charge samples CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2 photogenerated in the pixel Pix2, that is to say in the photodetector(s) of the pixel Pix2 .
  • the number of photosites PI, respectively P2, per pixel Pixl, respectively Pix2, is the same for all the pixels Pixl, respectively Pix2.
  • the number of photosites PI per pixel Pix1 is equal to the number of photosites P2 per pixel Pix2.
  • the spatial distribution of the samples C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 is identical in each pixel Pixl, and the spatial distribution of the samples CO-2, Cl-2, C2-2 , C3-2 is identical in each pixel Pix2.
  • the spatial distribution of the samples C0-1, Cl-1, C2-1 and C3-1 in the pixels Pixl is identical to the spatial distribution of the samples respectively CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2 in the pixels Pix2, or, in other words, the spatial distribution of the samples in the pixels Pix1 is identical to that in the pixels Pix2.
  • Each photosite PI is stacked, or superimposed, on a photosite P2, and, reciprocally, each photosite P2 is surmounted by a photosite PI.
  • a photosite P1 is said to be stacked on a photosite P2 when the photodetector 101 of the photosite P1 is stacked on the photodetector 131 of the photosite P2, and, conversely, a photosite P2 is said to be surmounted by a photosite P2 when the photodetector 131 of the photosite P2 is surmounted by the photodetector 101 of the photosite P1.
  • the PI photosites are organized into a matrix of photosites P1 comprising rows and columns of photosites P1, the photosites P2 being organized in a matrix of photosites P2 comprising rows and columns of photosites P2.
  • the photosites PI, respectively P2 are said to be organized in a matrix of photosites PI, respectively P2, comprising rows and columns of photosites PI, respectively P2, when the photodetectors 101 of the photosites PI, respectively 131 of the photosites P2, are organized in a matrix of photodetectors 101, respectively 131, comprising rows and columns of photodetectors 101, respectively 131.
  • Each row of photosites PI is stacked on a corresponding row of photosites P2, and each column of photosites PI is stacked on a corresponding column of photosites P2.
  • a line, respectively a column, of photosites P1 is said to be stacked on a line, respectively a column, of photosites P2 when the line, respectively the column, of corresponding photodetectors 101 is stacked on the line, respectively the column , corresponding photodetectors 131 .
  • the level W1 comprises vertical insulating walls 103 passing through the substrate 100 over its entire thickness and delimiting the substrate portions corresponding respectively to the photodetectors 101 of the photosites PI of the level W1.
  • the vertical insulation walls 103 notably have an optical insulation function, and may also have an electrical insulation function.
  • the vertical insulating walls 103 are made of a dielectric material, for example silicon oxide, or of a conductive material, for example polycrystalline silicon, covered with a dielectric material, for example example of silicon oxide, the electrical insulator of the substrate 100.
  • the insulating walls 103 may not be present.
  • the level W2 comprises vertical insulating walls 133 passing through the substrate 130 over its entire thickness and delimiting the substrate portions corresponding respectively to the photodetectors 131 of the photosites P2 of the level W2 .
  • the vertical insulation walls 133 notably have an optical insulation function, and may also have an electrical insulation function.
  • the vertical insulating walls 133 are made of a dielectric material, for example silicon oxide, or of a conductive material, for example polycrystalline silicon, covered with a dielectric material, for example silicon oxide electrically insulates substrate 130.
  • insulating walls 133 may not be present.
  • the vertical insulation wall 133 surrounding each photosite P2 is for example located substantially directly above the vertical insulation wall 103 surrounding the photosite P1 stacked on this photosite P2.
  • front face and rear face of a substrate respectively means the face of the substrate coated with an interconnection stack and the face of the substrate opposite its front face.
  • the front and rear faces of the substrate 100 are respectively its lower face and its upper face, the front and rear faces of the substrate 130 being its upper face and its lower face respectively.
  • the front face of the substrate 100, which is coated of an interconnection stack 110 is on the side, or opposite, of the front face of the substrate 130, which is coated with an interconnection stack 140.
  • the person skilled in the art is however able to adapt this description to the case where the rear faces of the substrates 100 and 130 face each other, or where the rear face of one of the substrates 100 and 130 faces -à-vis the front face of the other of the substrates 100 and 130.
  • the interconnection stack 110 comprises alternating dielectric and conductive layers. Conductive tracks 111, respectively 141, and electrical connection pads (not shown in FIG. 3) are formed in these conductive layers.
  • the interconnection stack 110 further comprises conductive vias (not shown in FIG. 3) connecting the tracks 111 to one another and/or to components formed in the substrate 100 and/or to the electrical connection pads of the stack 110
  • the interconnect stack 140 comprises conductive vias (not shown in FIG. 3) connecting the tracks 141 to one another and/or to components formed in the substrate 140 and/or to the electrical connection pads of the stacking 140.
  • each pixel Pix1, respectively Pix2 comprises one or more components, for example MOS transistors ("Metal Oxide Semiconductor" - metal oxide semiconductor), formed from side of the front face of the substrate 100, respectively 130.
  • MOS transistors Metal Oxide Semiconductor
  • the face of the substrate 100 intended to receive a light signal namely the rear face of the substrate 100 in the example of FIG. 3, is coated a passivation layer 115, for example a layer of silicon oxide, a layer of Hf02, a layer of Al2O3, or a stack of several layers of different materials which may have functions other than the sole passivation function (anti-reflection, filtering, bonding, etc.) / extending over substantially the entire surface of the substrate 100.
  • the layer 115 is placed on and in contact with the substrate 100.
  • each stack of a photosite P1 and a photosite P2 comprises a filter 118, for example a layer of black resin or an interference filter, placed on the side of the sensor 12 intended to receive a light signal, for example on and in contact with the passivation layer 115, facing the stack of photosensitive elements 101 and 131 of this stack of photosites P1 and P2.
  • Each filter 118 is adapted to transmit light in the emission wavelength range of the light source 16 (FIG. 1).
  • the filter 118 is adapted to transmit light only in a relatively narrow band of wavelengths centered on the emission wavelength range of the light source 16 of the device 10 (FIG. 1).
  • the filter 118 makes it possible to avoid an undesirable generation of charge carriers in the photosensitive elements 101 and 131 of the underlying photosites P1 and P2 under the effect of light radiation not originating from the light source 16 of the device 10.
  • each stack of a photosite P1 and of a photosite P2 can also comprise a microlens 122 arranged on the side of the sensor 12 intended to receive light radiation, for example on and in contact with the filter 118 of this stack of PI and P2 photosites, suitable for focusing the incident light on the photosensitive element 101 of the photosite P1 and/or on the photosensitive element 131 of the underlying photosite P2.
  • level W1 comprises, for example, a layer 126 entirely covering substrate 100 and being interrupted by first electrical connection elements (not shown in FIG. 3), for example electrical connection pads of stack 110
  • level W2 comprises, for example, a layer 132 of the same nature as layer 126 of level W1, layer 132 entirely coating substrate 130 and being interrupted by second electrical connection elements (not shown in FIG. 3), for example electrical connection pads of the stack 140.
  • the hybrid bonding is carried out by bringing the layer 130 into contact with the layer 126, over the entire extent of the substrates 100 and 130, so that the first connection elements electrical are in contact with the second electrical connection elements.
  • layers 126 and 132 are made of silicon oxide.
  • the front faces of the substrates 100 and 130 face each other, and the layers 126 and 132 are arranged respectively on the side of the front face of the substrate 100 and on the side of the front face of the substrate 130
  • layer 126 is disposed over and in contact with interconnect stack 110 and layer 132 is disposed on and in contact with the interconnect stack 140.
  • the sensor 12 comprises a circuit for controlling the photosites P1 and P2, that is to say a circuit configured to control the photosites P1 and P2.
  • This control circuit is more particularly configured to control the sampling, by the photosites P1 and P2, of the reflected light signal received by the sensor 12.
  • this control circuit comprises a first circuit configured to control the photosites PI, this first circuit being, for example, arranged in and on the substrate 100, and a second circuit configured to control the photosites P2, this second circuit being, for example, arranged in and on the substrate 130.
  • the control circuit of the photosites P1 and P2 is synchronized with the circuit 14, for example via the CLK signal.
  • each of the time windows C0-1, Cl-1, C2-1 and C3-1 is periodic according to the frequency Fmod1, corresponding to the amplitude modulation frequency of a light signal detected by the level Wl, so that a distance, or depth, d can be calculated for each pixel Pixl from the charge samples C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 provided by this pixel
  • each pixel Pixl samples the photogenerated charges at a frequency Fel equal to N times the frequency Fmodl, with N equal to 4 in this embodiment where the pixel Pixl provides four samples CO-1, Cl-1, C2-1, C3-1 to calculate a distance or depth d for this pixel Pixl.
  • each of the time windows CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2 is periodic according to the frequency Fmod2, equal to k times the frequency Fmod1, with k a number greater than or equal to 1.
  • the frequency Fmod2 corresponds to the amplitude modulation frequency of a light signal detected by the level W2, so that a distance, or depth, d can be calculated for each pixel Pix2 from the samples of charges CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2 provided by this pixel Pix2.
  • each pixel Pix2 samples the photogenerated charges at a frequency Fe2 equal to N times the frequency Fmod2, with N equal to 4 when the pixel Pix2 provides four samples CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2 for calculate a distance or depth d for this pixel Pix2.
  • the calculation circuit 20 is then configured to calculate , for each pixel Pixl, respectively Pix2, a distance or depth d, from the samples C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 of the pixel
  • the calculation circuit 20 is further configured to calculate, or generate, a depth map from the distances d calculated for the pixels Pix1, and, furthermore, the distances d calculated for the pixels Pix2, so that the depth map depth thus calculated is more precise than a depth map which would have been generated from the distances d calculated for the pixels Pixl only, and than a depth map which would have been generated from the distances d calculated for the pixels Pix2 only.
  • the calculation circuit 20 is configured to calculate, from the distances d calculated for the pixels Pix1 and for the pixels Pix2, a depth map of the scene with increased precision compared to a depth map of the reconstituted scene from the distances d calculated for the pixels Pix1 only, and to a depth map of the scene reconstituted from the distances d calculated for the pixels Pix2 only.
  • the number k is strictly greater than 1.
  • the sensor 12 receives a light signal reflected by a scene, which corresponds to a light signal emitted by the source 16 (figure 1), amplitude modulated at frequency Fmod1 and simultaneously at frequency Fmod2.
  • the pixels Pix1 then sample this light signal received at the frequency Fel, while the pixels Pix2 sample this light signal received at the frequency Fe2.
  • each association of a pixel Pixl and of a corresponding pixel Pix2 makes it possible to calculate a first distance d for the pixel Pixl and a second distance d for the pixel Pix2.
  • the first distance is calculated from a first phase shift, respectively a second phase shift, Df modulo 2*P and from the Math 2 formula
  • the maximum scene depth detectable without uncertainty linked to the modulo 2*P is therefore greater at the frequency Fmod1 than at the frequency Fmod2.
  • the first distance d calculated at the frequency Fmodl is used, for example by the circuit 20, to remove the uncertainty on the second distance d calculated at the frequency Fmod2.
  • the maximum detectable scene depth d without uncertainty linked to the modulo 2*P is the same at the frequency Fmod2 and at the frequency Fmod1.
  • the device 10 makes it possible to measure, without uncertainty linked to the knowledge modulo 2*P of the phase shift, distances d over a range going from 0 to c/2*Fmodl at the maximum, with a measurement error corresponding to the measurement error at the frequency Fmod2.
  • the depth map calculated by the circuit 20 from the first distances and the second distances is more precise (in terms of measurement error due to the use of the Fmod2 frequency) than a depth map which would be calculated from the first distances alone, and more precise (in terms of maximum measurable distance without uncertainty due to the use of the Fmod2 frequency) than a depth map that would be calculated from only the second distances.
  • the circuit 20 is configured to calculate, from the first and second distances d, that is to say at from samples C0-1, CO-2, Cl-1, Cl-2, C2-1, C2-2, C3-1 and C3-2, this more accurate depth map.
  • each pixel Pixl is stacked on the corresponding pixel Pix2 with which the pixel Pixl is associated.
  • the center of each pixel Pixl is aligned, in the z direction, with the center of the corresponding pixel Pix2 associated with this pixel Pixl.
  • the frequency Fmod1 is between 10 MHz and 150 MHz, the frequency Fmod2 possibly being between 20 MHz and 300 MHz.
  • the number k is equal to 1.
  • the sensor 12 receives a light signal reflected by a scene, which corresponds to a light signal emitted by the source 16 (FIG. 1) which is amplitude modulated only at the frequency Fmodl.
  • the pixels Pix1 then sample this light signal received at the frequency Fel and the pixels Pix2 sample this light signal at the frequency Fe2 equal to the frequency Fel.
  • each pixel Pix1, respectively Pix2, comprises several photosites PI, respectively P2.
  • the centers of the pixels Pix1 are offset, in the x direction and/or in the y direction, with respect to the centers of the pixels Pix2.
  • each pixel Pixl has its center which is shifted with respect to the center of the pixel Pix2 with which this pixel Pixl is associated.
  • the offset of the center of each pixel Pixl relative to the center of the pixel Pix2 with which it is associated is implemented only one capture of the scene out of two.
  • the shift of the center of each pixel Pixl with respect to the center of the pixel Pix2 with which it is associated is implemented by the control circuit of the depth pixels Pixl and Pix2, therefore of the photosites PI and P2, for example thanks to the control signals supplied to the pixels Pix1 and/or to the pixels Pix2.
  • the implementation of such a shift is within the reach of those skilled in the art, in particular from the examples of embodiments which are described in relation to FIGS. 12 to 15.
  • the frequencies Fmod1 and Fmod2 are between 10 MHz and 300 MHz.
  • the circuit 20 is configured to calculate, for each association of a pixel Pixl and a corresponding pixel Pix2, a first distance d between this pixel Pixl and the scene, that is to say between the center of the pixel Pixl and the scene, and a second distance d between the pixel Pix2 and the scene, i.e. between the center of the pixel Pix2 and the scene, and, moreover, that these two pixels Pixl and Pix2 have their centers shifted, the first distance d is shifted with respect to the second distance d. This amounts to doubling the number of distances d available for the calculation of a depth map by the circuit 20.
  • the depth map calculated by the circuit 20 from the distances d calculated for the pixels Pixl and the distances d calculated for the pixels Pix2 is more precise, in a plane defined by the directions x and y, than a depth map which would be calculated from the distances calculated only for the pixels Pixl and than a depth map which would be calculated from distances calculated only for pixels Pix2.
  • the calculation circuit 20 is configured to improve the precision of the depth map in the direction of offset of the centers of the pixels Pix1 with respect to the centers of the pixels Pix2.
  • Figure 4 is a circuit diagram illustrating one embodiment of a circuit 300 of a depth photosite. According to one embodiment, all the photosites P1 and P2 are implemented by circuits 300, each photosite corresponding to a separate circuit 300.
  • the circuit 300 is adapted to carry out the acquisition of a single sample of charges C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1, CO-2, Cl-2, C2-2 or C3- 2.
  • the circuit 300 is capable of carrying out on-load storage.
  • Circuit 300 includes a photosensitive element PD coupled between a node 302 and a reference power source, for example ground, the photosensitive element PD being for example a photodiode. More particularly, in the case where the circuit 300 corresponds to a photosite PI, the element PD corresponds to the photosensitive zone 101 of the photosite P1 (FIG. 3), and, in the case where the circuit 300 corresponds to a photosite P2, the element PD corresponds to the photosensitive zone 131 of the photosite P2 (FIG. 3).
  • the node 302 is coupled to a read node SN ("sense node" in English) via a sampling circuit 304.
  • the sampling circuit 304 comprises a memory memi coupled to the node 302 by a transfer gate 306 which is for example an N-channel MOS transistor.
  • the memory memi is also coupled to the detection node SN by an additional transfer gate 308, which is also for example an N-channel MOS transistor.
  • transfer 306 is controlled by a signal Vmemi applied to its gate, and transfer gate 308 is controlled by a signal Vsni applied to its gate.
  • the memi memory provides a charge storage area in which charges transferred from the photosensitive element PD are temporarily stored.
  • the circuit 300 further comprises an output circuit formed by a source follower transistor 310, a selection transistor 312 and a reset transistor 314, these transistors being for example N-channel MOS transistors
  • the detection node SN is coupled to the control node of the transistor 310, which has for example its drain coupled to the supply voltage source Vdd, and its source coupled to an output line 316 of the circuit 300 by the transistor 312 which is controlled by a signal Vsel applied to its gate.
  • the detection node SN is also coupled to the supply voltage source Vdd through the transistor 314 which is controlled by a signal Vres applied to its gate.
  • the output circuit could be shared by several photosites, the detection node SN being for example coupled to the sampling circuit of one or more adjacent photosites.
  • the circuit 300 also comprises, for example, a transistor 318 coupling the node 302 to the supply voltage source Vdd and allowing the photodiode PD to be reset.
  • the transistor 318 is for example controlled by a signal Vres PD . It therefore makes it possible to control the exposure time by ensuring a draining of the photodiode PD before a synchronous integration start for all the photodiodes PD of the sensor and to ensure an anti-glare function in order to avoid an overflow of the photodiode in the memories memi during the global reading of the matrix.
  • Figure 5 is a circuit diagram illustrating another embodiment of a circuit 320 of a depth photosite. According to one embodiment, all the photosites P1 and P2 are implemented by circuits 320, each photosite corresponding to a separate circuit 320.
  • circuit similar to circuit 320 is described in more detail in French patent application application number FR 15/63457.
  • FR 15/63457 For example, a timing diagram illustrating an example of operation of this circuit is presented in FIG. 3 of FR 15/63457, and the same example of operation applies in the context of the present application.
  • the circuit 320 comprises all the elements of the circuit 300 and further comprises another sampling circuit 322 connected between the node 302 and the node SN and comprising circuit elements similar to the sampling circuit 304 , and in particular the circuit 322 comprises a memory menp, a gate of transfer 324 controlled by a signal Vmenp, and a transfer gate 326 controlled by a signal Vsn2.
  • the circuit 320 makes it possible to acquire two samples for a depth image.
  • the use of circuit 320 advantageously makes it possible to reduce the number of transistors per photosite.
  • the reading of the two memories memi and menp is carried out sequentially.
  • Figure 6 is a circuit diagram illustrating another embodiment of a circuit 330 of a depth photosite. According to one embodiment, all the P1 and P2 photosites are implemented with circuits 330.
  • the circuit 330 comprises all the elements of the circuit 320 represented in FIG. 5, with the difference that the sampling circuit 322 is connected between the node 302 and a node SN', and that it further comprises , an output circuit formed of a source follower transistor 332, a selection transistor 334 and a reset transistor 336, these transistors being for example N-channel MOS transistors.
  • the read node SN' is coupled to the control node of transistor 332, which for example has its drain coupled to supply voltage source Vdd, and its source coupled to an output line 338 of circuit 330 by transistor 334 which is controlled by a signal Vsel ' applied to its grid.
  • Read node SN' is also coupled to supply voltage source Vdd through transistor 336 which is controlled by a signal Vres' applied to its gate.
  • the circuit 330 makes it possible to carry out the acquisition of two samples for a depth image. The reading of the two memories memi and menp can be carried out simultaneously.
  • Figure 7 is a circuit diagram illustrating another circuit embodiment 340 of a depth photosite. According to one embodiment, all the photosites P1 and P2 are implemented by circuits 340, each photosite corresponding to a separate circuit 340.
  • Circuit 340 comprises all the elements of circuit 300 represented in FIG. 4, except that transistor 308 and memory memi are not present, transistor 306 being connected directly to read node SN.
  • circuit 340 the charges are stored directly on the read node SN. There is no intermediate storage. In this case, we speak of voltage storage.
  • a capacitor C can be added to the read node SN, connected between the read node SN and ground, to increase the dynamic range.
  • the storage capacitance at the read node SN can also be constituted solely by intrinsic capacitances present on the read node, for example by the sum of the gate capacitance of the transistor 310 connected to this node, of the source capacitance of the transistor 314 connected to this node, the drain capacitance of the transistor 306 connected to this node, and the equivalent capacitance between the electrical connections connected to the node SN and neighboring electrical connections.
  • the cases of photosites with voltage storage, in parallel or sequential read can easily be derived from the cases of photosites with storage under load previously presented in relation to FIGS. 5 and 6, by removing the transistors 308, 326 and the memories memi, menp. [0141] More generally, the person skilled in the art is able to deduce cases of photosites previously described suitable for carrying out the acquisition of two samples for a depth image, with storage in charge or in voltage, and with parallel or sequential reading , cases of photosites adapted to carry out the acquisition of three or four samples for a depth image, with storage under load or under voltage, and with parallel or sequential reading.
  • control signals supplied to the photosites PI for the acquisition of the samples C0-1, respectively Cl-1, C2-1 and C3-1 are preferably identical to those supplied to the P2 photosites for the acquisition of the CO-2 samples, respectively Cl-2, C2-2 and C3-2.
  • the senor 12 comprises, for example, a circuit configured to synchronize the durations C0-1, Cl-1, C2-1 and C3-1 with the durations respectively CO-2,
  • this circuit comprising, for example, delay lines.
  • Figure 8 illustrates, by curves in the frequency domain, a mode of implementation of the choice of the number k strictly greater than 1.
  • FIG. 8 illustrates, in the frequency domain, the sampling at the frequency Fel of an amplitude modulated signal at the frequency Fmodl, each sample corresponding to a time window of width 1/(N*Fmodl ), with N equal to four in this embodiment based on taking four samples.
  • cardinal sines 400 are observed associated with the frequency Fmod1. More particularly, each cardinal sine 400 is centered on one of the frequencies r*Fel - Fmodl and r*Fel + Fmodl, with r a positive integer.
  • r a positive integer.
  • the width of the main lobe of each cardinal sinus 400 is equal to 2*Fmodl, and that of its secondary lobes to Fmodl.
  • the amplitude of these cardinal sines 400 is multiplied by a cardinal sine 402 centered on the zero frequency, the cardinal sine 402 having a main lobe of width 2*Fel and secondary lobes of width Fel.
  • the light signal actually received by level W1 is not only modulated at the frequency Fmodl, but also and simultaneously at the frequency Fmod2.
  • the light source 16 (FIG. 1) is configured to supply an amplitude modulated light signal at the frequency Fmod1 and, simultaneously, at the frequency Fmod2.
  • the light source 16 is monochromatic and configured to provide a light signal at a given wavelength, this signal being modulated in amplitude simultaneously at the frequencies Fmod1 and Fmod2.
  • the light source 16 is polychromatic and configured to provide a light signal comprising several wavelengths, preferably two different wavelengths.
  • the light source 16 is configured, for example, so that the emitted signal is amplitude modulated simultaneously at Fmod1 and Fmod2 for all the wavelengths of the emitted light signal, or, for example, so that the light signal emitted either modulated in amplitude at the frequency Fmod1 for a first wavelength or a first range of wavelengths and, simultaneously, at the frequency Fmod2 for a second wavelength different from the first wavelength or a second wavelength range different from the first wavelength range.
  • cardinal sines are also observed associated with the frequency Fmod2.
  • Each cardinal sine associated with the frequency Fmod2 is centered on one of the frequencies r*Fel - Fmod2 and r*Fel + Fmod2, has a main lobe of width 2*Fmodl and secondary lobes of width Fmodl.
  • the amplitude of each cardinal sine associated with the frequency Fmod2 is, like those cardinal sines 400 associated with the frequency Fmodl, multiplied by the cardinal sine 402.
  • the number k is chosen integer. In this way, the frequency Fmod1 is found on a zero of each of the cardinal sines associated with the frequency Fmod2.
  • an error in the phase shift calculated for the level W1 is tolerated, resulting from the contribution of the frequency Fmod2 to the measurement, by the level W1, of the frequency Fmodl of the reflected signal.
  • an error less than a target error threshold is tolerated, or, in other words, a contribution of the frequency Fmod2 to the measurement, by the level W1, of the frequency Fmod1 of the reflected signal, which is less than a target value.
  • the number k is then determined by this target value. In other words, the number k is then determined so that the contribution of the frequency Fmod2 on the measurement, by the level W1, of the frequency Fmod1 of the reflected signal is lower than this target value.
  • the number k is strictly greater than 7, which corresponds to a contribution of the frequency Fmod2 on the measurement, by the level W1, of the frequency Fmod1 which is less than 2.5%.
  • the choice of the number k so that, in the level W1, the frequency Fmod2 does not or only slightly disturb the phase shift measurement made at the frequency Fmod1 has just been described.
  • the frequency Fmod2 disturbs the phase shift measurement made at the frequency Fmodl by the level Wl, that is to say when the light signal received is sampled at the frequency Fel
  • the frequency Fmodl can disturb the phase shift measurement made at the frequency Fmod2 by the level W2, that is to say when the light signal received is sampled at the frequency Fe2.
  • each cardinal sine associated with the frequency Fmodl is centered on a corresponding frequency r*Fe2 - Fmodl or r*Fe2 + Fmod1 and each cardinal sine associated with the frequency Fmod2 is centered on a corresponding frequency r*Fe2 - Fmod2 or r*Fe2 + Fmod2.
  • the cardinal sinuses associated with the frequencies Fmod1 and Fmod2 each have a main lobe of width 2*Fmod2 and secondary lobes of width Fmod2.
  • the frequency Fmod1 is lower than the frequency Fmod2. It is therefore not possible to find an integer value of k for which the frequency Fmod2 is on a zero of the cardinal sines associated with the frequency Fmod1.
  • a filter is provided between the levels W1 and W2, the filter being configured to block the first wavelength and to pass the second length.
  • the filter for example an interference filter, therefore allows only the part of the reflected light signal which is modulated at the frequency Fmod2 to pass towards the level W2. This makes it possible to eliminate the contribution of the frequency Fmod1 on the measurement, by the level W2, of the frequency Fmod2 of the reflected signal.
  • an error is tolerated on the phase shift calculated for the level W2, resulting from the contribution of the frequency Fmod1 to the measurement, by the level W2, of the frequency Fmod2 of the reflected signal.
  • an error lower than a target error threshold is tolerated, or, in other words, a contribution of the frequency Fmod1 on the measurement, by the level W2, of the frequency Fmod2 of the reflected signal, which is lower than a target value.
  • the number k is then further determined by this target value, or, in other words, so that the contribution of the frequency Fmod1 to the measurement, by the level W2, of the frequency Fmod2 of the reflected signal is lower than this target value.
  • the number k is greater than or equal to 20, which corresponds to a contribution of the frequency Fmod1 on the measurement, by the level W2, of the frequency Fmod2 which is less than or equal to 5%.
  • FIGS. 9 to 11 each schematically represent an exemplary embodiment of the spatial distribution of the samples C0-1, Cl-1, C2-1,
  • FIGS. 9 to 11 each represent an exemplary embodiment of the spatial distribution of the photosites, and therefore of their photodetectors, in the pixels Pix1 and Pix2, in relation to the samples which they make it possible to acquire.
  • Each of these figures represents, in a vertically aligned manner in the figure, the spatial distribution of the samples in the pixels Pixl of level W1 (at the top of the figure) and the spatial distribution of the samples in the pixels Pix2 of level W2 ( bottom of the figure).
  • the photosite matrix P1 of the level W1 and a part of the photosite matrix P2 of the level W2 are represented.
  • each pixel Pixl is stacked on a pixel Pix2, or, in other words, each center of each pixel Pixl is aligned with the center of the corresponding pixel Pix2.
  • the spatial distribution of the samples C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 in the pixels Pixl is identical to the spatial distribution of the samples respectively C0-2 , Cl-2, C2-2, C3-2 in pixels Pix2.
  • the photodetector of a pixel Pix1 in which the charges of the sample C0-1 are generated, respectively Cl-1, C2-1 and C3-1 is stacked on the photodetector of the corresponding pixel Pix2 in which the charges of the sample C0-1 are generated the loads of the CO-2 sample, respectively Cl-2, C2-2 and C3-2.
  • each photosite PI configured to acquire a sample C0-1, respectively Cl-1, C2-1 or C3-1 is stacked on a photosite P2 configured to acquire a sample CO-2, respectively Cl -2, C2-2 or C3-2.
  • the spatial distribution of the samples C0-1, Cl-1, C2-1 and C3-1 in each pixel Pixl may be different from the distribution spatial pattern of the samples CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2 of the pixel Pix2 with which the pixel Pixl is associated, and on which the pixel Pixl is stacked.
  • the sensor 12 comprises only photosites P1 and P2 for determining a depth image, and, preferably, the lines of photosites P1, P2 of the sensor are adjacent two by two, the columns of photosites P1, P2 of the sensor being adjacent two by two.
  • the pixels Pix1 and Pix2 are delimited by solid lines, and, in each pixel Pix1, Pix2, the photosites of the pixel are delimited by dotted lines.
  • each pixel Pix1 comprises four photosites P1 configured to acquire the respective samples C0-1, C1-1, C2-1, and C3-1.
  • each Pix2 pixel comprises four P2 photosites configured to acquire the respective samples CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2.
  • each pixel Pixl comprises two PI photosites, a first of the two PI photosites being configured to acquire two samples, for example C0-1 and C2-1, and a second of the two PI photosites being configured to acquire two other samples, for example C1-1, C3-1.
  • each pixel Pixl comprises two PI photosites, a first of the two PI photosites being configured to acquire two samples, for example C0-1 and C2-1, and a second of the two PI photosites being configured to acquire two other samples, for example C1-1, C3-1.
  • each pixel Pixl comprises two PI photosites, a first of the two PI photosites being configured to acquire two samples, for example C0-1 and C2-1, and a second of the two PI photosites being configured to acquire two other samples, for example C1-1, C3-1.
  • Pix2 comprises two P2 photosites, a first of the two P2 photosites being configured to acquire two samples, for example CO-2 and C2-2, and a second of the two photosites P2 being configured to acquire two other samples, for example Cl-2, C3-2.
  • each pixel Pixl comprises two photosites PI, a first of the two photosites PI being configured to acquire two samples during two successive captures A (on the left in figure 11) and B (on the right in figure 11), for example sample C0-1 during capture A and sample C2-1 during capture B, a second of the two photosites PI being configured to acquire two other samples during the two successive captures A and B, for example sample Cl-1 during capture A and sample C3-1 during capture B.
  • each pixel Pix2 comprises two photosites P2, a first of the two photosites P2 being configured to acquire two samples during two successive captures A and B, for example sample CO-2 during capture A and sample C2-2 during capture B, a second of the two photosites P2 being configured to acquire two other samples during the two captures successive A and B, for example l sample Cl-2 during capture A and sample C3-2 during capture B.
  • each pixel Pixl then being, for example, stacked and aligned on a corresponding pixel Pix2 and preferably having the same spatial distribution of sample as the corresponding Pix2 pixel.
  • the person skilled in the art is able to predict pixels Pix1 and Pix2 has a single photosite configured to provide four samples in four successive captures.
  • Figures 12 to 15 illustrate implementation details of embodiments in which the number k is equal to 1.
  • FIGS. 12 to 15 each schematically represent an embodiment of the spatial distribution of the samples C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 in the pixels Pixl and of the samples CO-2, Cl -2, C2-2 and C3-2 in pixels
  • Each of these figures represents, in a vertically aligned manner in the figure, the spatial distribution of the samples in the pixels Pixl of the level W1 (at the top of the figure) and the spatial distribution of the samples in the pixels Pix2 of the level W2 ( bottom of the figure).
  • the photosite matrix P1 of the level W1 and a part of the photosite matrix P2 of the level W2 are represented.
  • the spatial distribution of the samples C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 in the pixels Pixl is identical to the spatial distribution of the samples respectively CO-2, Cl-2, C2- 2, C3-2 in the pixels Pix2
  • the relative position, with respect to the center O of the pixel Pixl, of a photosite PI which acquires the sample C0-1, respectively Cl-1, C2-1 and C3-1 is identical to the relative position, with respect to the center O of the corresponding pixel Pix2, of a photosite P2 which acquires the sample CO-2, respectively Cl-2, C2-2 and C3-2.
  • the senor 12 comprises only photosites P1 and P2 for determining a depth image, and, preferably, the lines of photosites P1, P2 of the sensor are adjacent two by two, the columns of photosites P1, P2 of the sensor being adjacent two by two.
  • the rows of photosites PI, P2 are parallel to the y direction and the columns of photosites PI, P2 are parallel to the x direction, the levels W1 and W2 being stacked in the z direction.
  • the pixels Pix1 and Pix2 are delimited by solid lines, and, in each pixel Pix1, Pix2, the photosites of the pixel are delimited by dotted lines.
  • FIG. 12 a single pixel Pix2 is fully represented, and although four pixels Pixl are fully represented, the only pixel Pixl referenced is that which is associated with the pixel Pix2 fully represented.
  • each pixel Pix1 comprises four photosites PI configured to acquire the respective samples C0-1, C1-1, C2-1, and C3-1.
  • each Pix2 pixel comprises four P2 photosites configured to acquire the respective samples CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2. The capture of four samples C0-1, Cl-1, C2-1 and C3-1 by each pixel Pixl and of four samples CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2 per each pixel Pix2 is then implemented in a single capture.
  • each pixel Pix2 is offset with respect to the center O of the pixel Pixl with which it is associated.
  • the center O of each pixel Pix2 is offset by a line of photosites PI, P2 and by a column of photosites PI, P2 with respect to the center O of the pixel Pixl with which it is associated .
  • the center O of each pixel Pix2 is offset by one photosite in the x direction and by one photosite in the y direction with respect to the center O of the pixel Pix1 with which it is associated.
  • the repetition pitch of the photosites P1, P2 configured to acquire the samples C0-1, CO-2, respectively Cl-1, Cl-2; C2-1, C2-2; and C3-1, C3-2 is equal to 1 in the x direction and in the y direction.
  • each pixel Pix2 is shifted by one photosite only in the x direction with respect to the center O of the pixel Pixl with which it is associated, which allows the depth map generated by circuit 20 is more spatially accurate in the x direction.
  • the center O of each pixel Pix2 is shifted by one photosite only in the y direction relative to the center O of the pixel Pixl with which it is associated, which allows the depth map generated by the circuit 20 (FIG. 1) is more spatially precise in the y direction.
  • the offset of the centers O of the pixels Pix2 with respect to the center O of the pixels Pixl with which they are associated is implemented at each capture, and is the same at each capture.
  • the offset of the centers O of the pixels Pix2 with respect to the center O of the pixels Pixl with which they are associated is, for example, implemented by the control circuit of the pixels Pixl and Pix2, by means of control signals that this circuit supplies to the photosites PI and P2.
  • FIG. 13 a single pixel Pix1 and a single pixel Pix2 associated with each other are referenced.
  • each pixel Pixl comprises four photosites P1 configured to acquire the respective samples C0-1, C1-1, C2-1, and C3-1.
  • each Pix2 pixel comprises four P2 photosites configured to acquire the respective samples CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2. The capture of four samples C0-1, Cl-1, C2-1 and C3-1 by each pixel Pixl and of four samples CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2 by each pixel Pix2 is then put implemented in a single capture.
  • the center O of each pixel Pix2 is shifted by one photosite, here in the y direction, relative to the center O of the pixel Pixl to which it is is associated.
  • the repetition step of the photosites PI, P2 configured to acquire the samples C0-1, CO-2, respectively Cl-1, Cl-2; C2-1, C2-2; and C3-1, C3-2 is 1 in the y direction and 2 in the x direction.
  • the center O of each pixel Pix2 is shifted by one photosite, here in the x direction, relative to the center O of the pixel Pix1 with which it is associated.
  • the repetition pitch of the photosites P1, P2 configured to acquire the samples CO-1, CO-2, respectively Cl-1, Cl-2; C2-1, C2-2; and C3-1, C3-2 equals 2 in the y direction and 1 in the x direction.
  • the repetition pitch of the photosites P1, P2 configured to acquire the samples CO-1 and CO-2, respectively Cl-1 and Cl-2, C2-1 and C2-2, and C3-1 and C3- 2 is equal to 1 in the x direction and in the y direction
  • FIG. 13 corresponds to the case where, at each two successive captures C and D, the offset of the center O of each pixel Pix2 with respect to the center O of the pixel Pixl with which it is associated is different for each of the two captures C and D.
  • this shift is implemented by the control circuit of the pixels Pix1 and Pix2, by means of the control signals that this circuit supplies to the photosites PI and P2, for example by modifying , between the two captures C and D, the control signals supplied to the photosites P2 and/or PI.
  • the center O of each pixel Pix2 is aligned with the center O of the pixel Pixl with which it is associated, and, during capture D, the center O of each pixel Pix2 is offset by one photosite in the x direction and/or by one photosite in the y direction relative to the center O of the pixel Pixl with which it is associated. In other words, it corresponds to the case where, at each two successive captures C and D, the offset of the center O of each pixel Pix2 with respect to the center O of the pixel Pixl with which it is associated is implemented only for one of the two captures.
  • this offset is implemented by the control circuit of the pixels Pix1 and Pix2, by means of the control signals that this circuit supplies to the photosites PI and P2, for example by modifying, between the two captures C and D, the control signals supplied to the photosites P2 and/or PI.
  • this offset is implemented by the control circuit of the pixels Pix1 and Pix2, by means of the control signals that this circuit supplies to the photosites PI and P2, for example by modifying, between the two captures C and D, the control signals supplied to the photosites P2 and/or PI.
  • FIG. 14 a single pixel Pix1 and a single pixel Pix2 associated with each other are referenced.
  • each pixel Pixl comprises two PI photosites, one of the two PI photosites being configured to acquire two samples, for example C0-1 and C2-1, and the other of the two other PI photosites being configured to acquire two other samples, for example C1-1 and C3-1.
  • each pixel Pix2 comprises two P2 photosites, one of the P2 photosites being configured to acquire two samples, for example CO-2 and C2-2, and the other of the two P2 photosites being configured to acquire two other samples, for example Cl-2 and C3-2.
  • the two photosites PI of each pixel Pix1 are arranged side by side in the y direction, and, similarly, the two photosites P2 of each pixel Pix2 are arranged side by side in the y-direction.
  • the spatial repetition step of the photosites P1, P2 configured to acquire the samples the samples C0-1, CO-2, respectively Cl-1, Cl-2; C2-1, C2-2; and C3-1, C3-2 is 1 in the x direction.
  • the center O of each pixel Pix2 is offset by one photosite, in this example in the y direction, relative to the center O of the pixel Pix1 with which it is associated.
  • the spatial repetition step of the photosites P1, P2 configured to acquire the samples C0-1, CO-2, respectively Cl-1, Cl-2; C2-1, C2-2; and C3-1, C3-2 is also 1 in the y direction.
  • the two photosites PI of each pixel Pixl are arranged side by side in the x direction
  • the two photosites P2 of each pixel Pix2 are arranged side by side in the x direction
  • the center O of each pixel Pix2 is shifted by one photosite in the direction x with respect to the center O of the pixel Pixl with which it is associated.
  • the spatial repetition pitch of the photosites P1, P2 configured to acquire the samples C0-1, CO-2, respectively Cl-1, Cl-2; C2-1, C2-2; and C3-1, C3-2 is 1 in the x direction and 1 in the y direction
  • the offset of the centers O of the pixels Pix2 with respect to the centers O of the pixels Pixl with which they are associated is implemented at each capture, and is identical to each capture.
  • the offset of the centers O of the pixels Pix2 with respect to the center O of the pixels Pixl with which they are associated is, for example, implemented by the control circuit of the pixels Pixl and Pix2, by means of control signals that this circuit supplies to the photosites PI and P2.
  • each pixel Pixl comprises two photosites PI, one of the two photosites PI being configured to acquire two samples during two successive captures E (on the left in figure 15) and F (on the right in figure 15) , for example the sample C0-1 during the first capture E and the sample C2-1 during the second capture F, the other of the two photosites PI of the pixel Pixl being configured to acquire two other samples during the two captures successive E and F, for example the sample Cl-1 during the first capture E and the sample C3-1 during the second capture F.
  • each pixel Pix2 comprises two photosites P2, one of the two photosites P2 of the pixel Pix2 being configured to acquire two samples during the two successive captures E and F, for example the sample CO-2 during the first capture E and the sample C2-2 during the second capture F, the other of the two other photosites P2 of the pixel Pix2 being configured to acquire two other samples during the two successive captures E and F, for example the sample Cl-2 during the first capture E and the sample C3-2 during the second capture F.
  • Capturing four samples C0-1, Cl-1, C2-1 and C3-1 per each pixel Pixl and four samples CO-2, Cl-2, C2-2 and C3-2 per each pixel Pix2 is then implemented during the two successive captures E and F.
  • the two photosites PI of each pixel Pix1 are arranged side by side in the y direction, and, similarly, the two photosites P2 of each pixel Pix2 are arranged side by side in the y-direction. It follows that, on the set of the two captures E and F, the spatial repetition pitch of the photosites PI, P2 configured to acquire the samples the samples C0-1 and CO-2, respectively Cl-1 and Cl-2, C2-1 and C2-2, and C3-1 and C3-
  • each pixel Pix2 is offset by one photosite, in this example in the y direction, relative to the center O of the pixel Pix1 with which it is associated. It follows that, on the set of the two captures E and F, the spatial repetition pitch of the photosites PI, P2 configured to acquire the samples the samples C0-1 and CO-2, respectively Cl-1 and Cl-2, C2-1 and C2-2, and C3-1 and C3-2 also equal 1 in the y direction.
  • the two photosites PI of each pixel Pixl are arranged side by side in the x direction
  • the two photosites P2 of each pixel Pix2 are arranged side by side in the x direction
  • the center O of each pixel Pix2 is shifted by one photosite in the direction x with respect to the center 0 of the pixel Pixl with which it is associated. It follows that, on the set of the two captures E and F, the spatial repetition pitch of the photosites PI, P2 configured to acquire the samples the samples C0-1 and CO-2, respectively Cl-1 and Cl-2, C2-1 and C2-2, and C3-1 and C3-2 is also equal to 1 in the y direction and in the x direction.
  • the offset of the centers O of the pixels Pix2 with respect to the center O of the pixels Pixl with which they are associated is implemented at each capture, and is the same at each capture.
  • the offset of the centers O of the pixels Pix2 with respect to the center O of the pixels Pixl with which they are associated is, for example, implemented by the control circuit of the pixels Pixl and Pix2, by means of control signals that this circuit supplies to the photosites PI and P2.
  • each line of photosites P1 is stacked on a line of photosites P2, the stacking of a line of photosites P1 and of a line of photosites P2 forming a line L depth photosites of the sensor, and each column of photosites P1 is stacked on a column of photosites P2, the stacking of a column of photosites P1 on a column of photosites P2 forming a column R of photosites depth of the sensor 12.
  • the sensor 12 is configured to acquire a depth image, but not a 2D image.
  • two successive lines L are adjacent, that is to say arranged directly one beside the other, two successive columns R of depth photosites of the sensor 12 being adjacent.
  • the senor 12 of the device 10 represented in FIG. 1 can be capable of acquiring a 2D image.
  • FIG. 16 is a sectional and perspective view illustrating schematically and partially an embodiment of a sensor 12 of a 2D image and of a depth image of a scene.
  • the senor 12 additionally comprises image pixels 2D referenced P3.
  • pixels P3 are arranged in and on the substrate 100 and pixels P3 are arranged in and on the substrate 130. In variants not illustrated, the pixels P3 are all arranged in and on the substrate 100.
  • each pixel P3 is suitable for measuring a light intensity in a given range of visible wavelengths.
  • each pixel P3 comprises a photosensitive element, for example a photodiode, formed in the substrate 100 or 130 of the level W1 or W2 respectively to which this pixel P3 belongs.
  • the senor 12 is configured to acquire a 2D image in color.
  • the pixels P3 are of different types, each type of pixel P3 being suitable for measuring a light intensity in a given range of visible wavelengths, distinct from those of the other types of pixel P3.
  • Each pixel P3 then comprises a color filter, for example made of a colored resin, facing the photodiode of the pixel P3, the filter being configured to transmit only the wavelengths of light belonging to the range of wavelengths for which the pixel P3 measures the light intensity.
  • each level W1 and W2 comprises pixels P3
  • two pixels P3 stacked on top of each other preferably share the same color filter, and the color filter rests on the substrate 100 which receives the incident light before the substrate 130, and, more particularly on the side of the face of the substrate 100 which receives the incident light
  • each pixel P3 can have its own color filter, the latter resting on the substrate 100 or 130 in and on which the pixel P3 is formed, on the side of the face of this substrate 100 or 130 which receives the incident light.
  • only level W1 comprises pixels P3.
  • the color filter of each pixel P3 rests on the substrate 100, on the side of the face of the substrate 100 which receives the incident light.
  • the senor 12 comprises three types of pixels P3, first pixels P3 called blue pixels, comprising a color filter preferentially transmitting blue light, second pixels P3 called red pixels, comprising a color filter preferentially transmitting red light, and third pixels P3 called green pixels, comprising a color filter preferentially transmitting green light.
  • first pixels P3 called blue pixels, comprising a color filter preferentially transmitting blue light
  • second pixels P3 red pixels
  • red pixels P3 called green pixels comprising a color filter preferentially transmitting green light.
  • green pixels comprising a color filter preferentially transmitting green light.
  • the different types of pixels P3 are not differentiated
  • the senor 12 is configured to capture a monochromatic 2D image, in which case the color filters of the pixels P3 can be omitted.
  • each two successive lines L are separated from each other by one or more rows of pixels P3, and each two successive columns R are separated from each other by one or more columns of pixels P3.
  • the person skilled in the art is able to adapt this description to the case where each row L is separated from a following row L by one or more rows of pixels P3, and each column R is separated from a following column R by one or more columns of pixels P3.
  • the pixels and the photosites have been represented in the various figures with shapes, in top view, square or rectangular.
  • those skilled in the art may provide other shapes of pixels and/or photosites, for example photosites having, in top view, triangular shapes.

Landscapes

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Abstract

Dispositif pour l'acquisition d'une carte de profondeur d'une scèneLa présente description concerne un dispositif comprenant un capteur (12) d'un signal lumineux. Le capteur (12) comprend un premier niveau (W1) empilé sur un deuxième niveau (W2). Chaque niveau (W1; W2) comprend une matrice de pixels (Pix1; Pix2) comprenant chacun au moins un photodétecteur (101; 131), chaque photodétecteur (101) du premier niveau (W1) étant superposé sur un photodétecteur (131) du deuxième niveau (W2). Chaque niveau (W1; W2) est associé à une fréquence, la fréquence du deuxième niveau (W2) étant égale à k fois la fréquence du premier niveau (W1). Un circuit est configuré pour calculer une distance pour chaque pixel et une carte de profondeur d'une scène.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif pour l'acquisition d'une carte de profondeur d'une scène
[0001]La présente demande est basée sur, et revendique la priorité de, la demande de brevet français 21/06575 déposée le 21 juin 2021 et ayant pour titre "Dispositif pour l'acquisition d'une carte de profondeur d'une scène", qui est considérée comme faisant partie intégrante de la présente description dans les limites prévues par la loi.
Domaine technique
[0002]La présente demande concerne le domaine des dispositifs pour l'acquisition d'une carte, ou image, de profondeur d'une scène.
Technique antérieure
[0003]Des dispositifs d'acquisition d'images aptes à acquérir des informations de profondeur ont été proposés. Par exemple, des détecteurs de temps de vol indirects ("indirect Time Of Flight" en anglais - iTOF) agissent pour émettre un signal lumineux vers une scène, puis pour détecter le signal lumineux réfléchi par des éléments de la scène. Par l'évaluation du déphasage entre le signal lumineux émis et le signal réfléchi, on peut estimer des distances entre le capteur et des éléments, par exemple des objets, de la scène, ou des distances relatives (profondeurs) entre les éléments de la scène.
Résumé de l'invention
[0004]Il existe un besoin de disposer d'un dispositif d'acquisition d'images de profondeur palliant toute ou partie des inconvénients des dispositifs d'acquisition d'images de profondeur connus.
[0005]Par exemple, il serait souhaitable de disposer d'un dispositif d'acquisition d'images de profondeur ayant une même résolution et des mêmes dimensions latérales qu'un dispositif d'acquisition d'images de profondeur usuel, mais une précision augmentée par rapport à ce dispositif usuel .
[0006]Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des dispositifs d'acquisition d'images de profondeur connus.
[0007]Un mode de réalisation prévoit un dispositif d'acquisition d'une image de profondeur d'une scène, comprenant un capteur d'un signal lumineux réfléchi correspondant à la réflexion sur la scène d'un signal lumineux incident. Le capteur comprend un premier niveau de détection empilé sur un deuxième niveau de détection. Chaque niveau de détection comprend une matrice de pixels de profondeur, chaque pixel de profondeur dudit niveau comprenant au moins un photodétecteur et étant configuré pour acquérir au moins des premiers, deuxièmes et troisièmes échantillons de charges photogénérées dans ledit pixel pendant des premières, deuxièmes et troisièmes durées respectives, les premières, deuxièmes et troisièmes durées dudit niveau étant périodiques selon une première fréquence dudit niveau. Chaque photodétecteur du premier niveau est superposé sur un photodétecteur du deuxième niveau. La première fréquence du deuxième niveau est égale à k fois la première fréquence du premier niveau, avec k un nombre supérieur ou égal à 1. Le dispositif comprend en outre un circuit de calcul configuré pour calculer, pour chaque pixel de profondeur de chacun des premier et deuxième niveaux, une distance à partir des premiers, deuxièmes et troisièmes échantillons dudit pixel de profondeur, et, à partir desdites distances calculées, une carte de profondeur de la scène, la carte de profondeur de la scène ayant, de préférence, une précision augmentée par rapport à une carte de profondeur de la scène reconstituée à partir des distances calculées pour les pixels de profondeur du premier niveau et à une carte de profondeur de la scène reconstituée à partir des distances calculées pour les pixels de profondeur du deuxième niveau.
[0008]Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un circuit de commande des pixels de profondeur.
[0009]Selon un mode de réalisation, le nombre k est strictement supérieur à 1.
[0010]Selon un mode de réalisation, le nombre k est un entier.
[0011]Selon un mode de réalisation, le nombre k est strictement supérieur à 7.
[0012]Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une source lumineuse configurée pour fournir le signal lumineux incident de sorte que :
- le signal lumineux incident comprenne un premier signal lumineux à une première longueur d'onde et un deuxième signal lumineux à une deuxième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde,
- le premier signal lumineux soit modulé en amplitude à la première fréquence du premier niveau, et
- le deuxième signal lumineux soit modulé en amplitude à la première fréquence du deuxième niveau.
[0013]Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un filtre disposé entre les premier et deuxième niveaux du capteur, configuré pour bloquer le premier signal lumineux et laisser passer le second signal lumineux.
[0014]Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une source lumineuse configurée pour fournir le signal lumineux incident modulé en amplitude simultanément à la première fréquence du premier niveau et à la première fréquence du deuxième niveau.
[0015]Selon un mode de réalisation, le nombre k est déterminé de sorte que la contribution de la première fréquence du premier niveau sur une mesure, par le deuxième niveau, de la première fréquence du deuxième niveau dans le signal réfléchi soit inférieure à une valeur cible.
[0016]Selon un mode de réalisation, la première fréquence du premier niveau induit une erreur sur le calcul des distances pour les pixels de profondeur du deuxième niveau et le nombre k est déterminé par une valeur maximale visée de cette erreur.
[0017]Selon un mode de réalisation, le nombre k est supérieur ou égal à 20.
[0018]Selon un mode de réalisation, chaque pixel de profondeur du premier niveau est associé à un pixel de profondeur correspondant du deuxième niveau.
[0019]Selon un mode de réalisation, chaque pixel de profondeur du premier niveau est empilé sur le pixel de profondeur du deuxième niveau auquel il est associé.
[0020]Selon un mode de réalisation, pour chaque empilement d'un pixel de profondeur du premier niveau sur un pixel de profondeur du deuxième niveau, le circuit de calcul est configuré pour lever une incertitude sur la distance calculée pour le pixel de profondeur du deuxième niveau à partir de la distance calculée pour le pixel de profondeur du premier niveau.
[0021]Selon un mode de réalisation, pour chaque empilement d'un pixel de profondeur du premier niveau sur un pixel de profondeur du deuxième niveau, le circuit de calcul est configuré : - pour calculer, pour chaque pixel, la distance à partir d'un déphasage modolu 2P déterminé à partir des premiers, deuxièmes et troisièmes échantillons dudit pixel, une incertitude sur ladite distance calculée résultant du modulo 2P dudit déphasage ; et
- lever ladite incertitude sur la distance calculée pour le pixel de profondeur du deuxième niveau à partir de la distance calculée pour le pixel de profondeur du premier niveau .
[0022]Selon un mode de réalisation, k est égal à 1, chaque pixel de profondeur comprend au moins deux photodétecteurs, chaque pixel de profondeur du premier niveau est associé à un pixel de profondeur correspondant du deuxième niveau, et les centres des pixels de profondeur du premier niveau sont décalés par rapport aux centres des pixels de profondeur correspondants du deuxième niveau.
[0023]Selon un mode de réalisation, le décalage est constant à chaque capture ; ou à chaque deux captures successives, le décalage est mis en œuvre pour une seule des deux captures ; ou à chaque deux captures successives le décalage est différent entre les deux captures.
[0024]Selon un mode de réalisation, le circuit de commande des pixels de profondeur est configuré pour mettre en œuvre le décalage.
[0025]Selon un mode de réalisation : k est égal à 1, chaque pixel de profondeur comprend au moins deux photodétecteurs, chaque pixel de profondeur du premier niveau est associé à un pixel de profondeur correspondant du deuxième niveau, les centres des pixels de profondeur du premier niveau sont décalés par rapport aux centres des pixels de profondeur correspondants du deuxième niveau, et le circuit de commande des pixels de profondeur est configuré, à chaque deux captures successives, pour :
- mettre en œuvre ledit décalage pour une seule des deux captures ; ou
- pour mettre en œuvre un décalage différent entre les deux captures.
[0026]Selon un mode de réalisation, le circuit de calcul est configuré pour améliorer la précision de la carte de profondeur dans une direction du décalage des centres des pixels de profondeur du premier niveau par rapport aux centres des pixels de profondeur correspondants du deuxième niveau.
[0027]Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs des pixels de profondeur sont organisés en lignes et en colonnes, les lignes sont orthogonales aux colonnes, les lignes et les colonnes sont orthogonales à une direction d'empilement du premier niveau sur le deuxième niveau, et le décalage correspond à un décalage d'une ligne et/ou d'une colonne.
[0028]Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un circuit configuré pour synchroniser les premières, deuxièmes et troisièmes durées du premier niveau avec, respectivement, les premières, deuxièmes et troisièmes durées du deuxième niveau.
[0029]Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une source lumineuse configurée pour fournir le signal lumineux incident modulé en amplitude à la première fréquence uniquement.
[0030]Selon un mode de réalisation, le capteur est configuré pour recevoir le signal lumineux réfléchi du côté du premier niveau. [0031]Selon un mode de réalisation, au moins le premier niveau comprend en outre des pixels d'image 2D.
[0032]Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs des pixels de profondeur sont organisés en lignes et en colonnes, les lignes étant orthogonales aux colonnes, les lignes et les colonnes étant en outre orthogonales à une direction d'empilement du premier niveau sur le deuxième niveau, et dans lequel les pixels d'image 2D sont disposés entre deux lignes successives et/ou entre deux colonnes successives.
Brève description des dessins
[0033]Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
[0034]la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'une image de profondeur ;
[0035]la figure 2 est un graphique illustrant un exemple d'intensité lumineuse d'un signal lumineux émis et renvoyé ;
[0036]la figure 3 est une vue en coupe, partielle et schématique, illustrant un mode de réalisation d'un capteur d'un signal lumineux d'un dispositif d'acquisition d'une image de profondeur ;
[0037]la figure 4 représente un mode de réalisation d'un circuit d'un photosite ;
[0038]la figure 5 représente un autre mode de réalisation d'un circuit d'un photosite ; [0039]la figure 6 représente encore un autre mode de réalisation d'un circuit d'un photosite ;
[0040]la figure 7 représente encore un autre mode de réalisation d'un circuit d'un photosite ;
[0041]la figure 8 illustre, dans le domaine fréquentiel, des détails d'un mode de réalisation du capteur de la figure
3 ;
[0042]la figure 9 représente un mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la figure 3 ;
[0043]la figure 10 représente un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la figure 3 ;
[0044]la figure 11 représente encore un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la figure 3 ;
[0045]la figure 12 représente encore un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la figure 3 ;
[0046]la figure 13 représente encore un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la figure 3 ;
[0047]la figure 14 représente encore un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la figure 3 ;
[0048]la figure 15 représente encore un autre mode de réalisation de répartition spatiale des photodétecteurs de pixels de profondeur du capteur de la figure 3 ; et
[0049]la figure 16 illustre une variante de réalisation du capteur de la figure 12.
Description des modes de réalisation [0050]De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
[0051]Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation des éléments photosensibles, par exemple des photodiodes, des pixels d'image 2D et des pixels de profondeur n'a pas été détaillée, la réalisation de tels pixels étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description.
[0052]Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments .
[0053]Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.
[0054]Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. [0055]La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif 10 d'acquisition d'une image de profondeur comprenant un capteur 12 d'un signal lumineux. Le dispositif 10 comprend, par exemple, un circuit d'émission d'un signal lumineux 14 qui pilote une source lumineuse 16, par exemple une diode électroluminescente ("Light Emitting Diode" en anglais - LED). La diode électroluminescente 16 émet, par exemple, un signal lumineux à une longueur d'onde dans le spectre du proche infrarouge, par exemple dans la plage de 700 nm à 1100 nm. Le signal lumineux émis par la diode est modulé en amplitude de façon périodique. Le signal lumineux produit par la diode électroluminescente 16 est, par exemple, émis vers la scène à capturer par l'intermédiaire d'une ou plusieurs lentilles (non représentées en figure 1). Le signal lumineux réfléchi par la scène est capté par le capteur 12, par exemple par l'intermédiaire d'un objectif 17 de formation d'image et d'un réseau de microlentilles 18, qui focalisent le signal lumineux réfléchi sur les pixels individuels du capteur 12.
[0056]Le capteur 12 comprend, par exemple, plusieurs pixels aptes à recevoir le signal lumineux réfléchi par la scène image et à détecter la phase du signal reçu pour former une image de profondeur. Ces pixels sont appelés ci-après pixels de profondeur.
[0057]Un circuit de calcul 20 du dispositif 10, par exemple un processeur, est par exemple couplé au capteur 12 et au circuit d'émission 14 et détermine, sur la base des signaux captés par les pixels de profondeur du capteur 12, les distances correspondantes entre ces pixels et la scène L'image ou carte de profondeur produite par le processeur 20 est, par exemple, mémorisée dans une mémoire 22 du dispositif d'acquisition d'images 10. [0058]La figure 2 est un graphique représentant, par une courbe 30, un exemple d'évolution, en fonction du temps, de l'intensité lumineuse du signal lumineux émis par la diode électroluminescente 16 vers la scène, et, par une courbe 32, un exemple d'évolution, en fonction du temps, de l'intensité lumineuse du signal lumineux reçu par l'un des pixels de profondeur du capteur 12. Bien que, pour simplifier la comparaison, ces signaux soient représentés en figure 2 comme ayant sensiblement la même intensité, en pratique le signal lumineux reçu par chaque pixel de profondeur est susceptible d'être notablement moins intense que le signal émis.
[0059]Dans l'exemple de la figure 2, la modulation d'amplitude du signal lumineux correspond à une modulation d'amplitude sinusoïdale à une seule fréquence de modulation. Toutefois, dans des variantes de réalisation, cette modulation périodique d'amplitude correspond à une modulation d'amplitude différente, par exemple à une somme de modulations d'amplitude sinusoïdales, à une modulation d'amplitude triangulaire, ou à une modulation d'amplitude en créneaux, par exemple en tout ou rien.
[0060]En outre, bien que la figure 2 illustre le cas où le signal lumineux est modulé en amplitude à une seule fréquence de modulation, comme cela sera décrit plus en détail par la suite, dans des modes de réalisation, le signal lumineux est modulé en amplitude simultanément à deux fréquences de modulation différentes.
[0061]Les pixels de profondeur de la présente description sont utilisés pour détecter la phase du signal lumineux reçu. Plus particulièrement, il y a un déphasage Df, modulo 2*P, entre le signal lumineux émis et le signal lumineux reçu. [0062]Le déphasage Df modulo 2*P est, par exemple, estimé sur la base d'un échantillonnage du signal lumineux capté par un pixel de profondeur pendant quatre fenêtres d'échantillonnage distinctes, correspondant chacune à un déphasage différent par rapport au signal lumineux émis, par exemple 0°, 90°, 180° et 270° pour quatre fenêtres d'échantillonnage. A titre d'exemple, les quatre fenêtres d'échantillonnage sont mises en œuvre à chaque période du signal lumineux. Une technique basée sur la détection de quatre échantillons par période est décrite plus en détail dans la publication de R. Lange et de P. Seitz intitulée "Solid-state TOF range caméra", IEE J. on Quantum Electronics, vol. 37, No.3, March 2001. Sauf indication contraire, les modes de réalisation décrits dans la suite de la description sont basés sur la détection de quatre échantillons par période.
[0063]Les échantillons de chaque fenêtre d'échantillonnage sont par exemple intégrés sur un grand nombre de périodes de modulation par exemple sur environ 100000 périodes, ou, plus généralement, entre 10000 et 10 millions de périodes. Chaque fenêtre d'échantillonnage a, par exemple, une durée allant jusqu'à un quart de la période du signal lumineux. Ces fenêtres d'échantillonnage sont nommées C0, Cl, C2, et C3 en figure 2. Dans l'exemple de la figure 2, chaque fenêtre d'échantillonnage est d'une même durée et les quatre fenêtres d'échantillonnage ont un temps de cycle total égal à la période du signal lumineux. Plus généralement, il peut, ou non, y avoir un intervalle de temps séparant une fenêtre d'échantillonnage de la suivante et, dans certains cas, il pourrait y avoir un chevauchement entre les fenêtres d'échantillonnage. Chaque fenêtre d'échantillonnage a par exemple une durée comprise entre 15 % et 35 % de la période du signal lumineux dans le cas d'un pixel capturant quatre échantillons par période.
[0064]Le minutage des fenêtres d'échantillonnage CO à C3 est commandé de manière à être synchronisé avec le minutage du signal lumineux émis. Par exemple, le circuit 14 d'émission de signal lumineux génère un signal lumineux basé sur un signal d'horloge CLK (figure 1), et le capteur 12 reçoit le même signal d'horloge CLK pour commander l'instant de début et de fin de chaque fenêtre d'échantillonnage, par exemple en utilisant des éléments de retard pour introduire les déphasages appropriés.
[0065]Dans la suite de la description, afin de faciliter la lecture, on désigne par la même référence une fenêtre d'échantillonnage et l'échantillon de charges photogénérées pendant cette fenêtre d'échantillonnage.
[0066]En se basant sur les échantillons intégrés du signal lumineux, et pour une onde lumineuse purement sinusoïdale, le déphasage Df modulo 2*P peut être déterminé en utilisant l'équation suivante :
[0067][Math 1]
Figure imgf000015_0001
[0068]Une estimation de la distance d à l'objet dans la scène image peut alors être calculée en utilisant l'équation :
[0069][Math 2]
Figure imgf000015_0002
[0070]où c désigne la vitesse de la lumière, et f la fréquence de modulation d'amplitude du signal lumineux, et le déphasage Df obtenu avec la formule Math 1 est estimé modulo 2*P. [0071]A titre d'exemple, la fréquence f de modulation d'amplitude du signal lumineux est de 25 MHz, ou plus généralement comprise entre 10 MHz et 200 MHz.
[0072]Dans la suite de la description, on appelle "photosite" un photodétecteur, ou élément photosensible, unique et l'ensemble des composants permettant l'acquisition d'au moins un échantillon de charges générées par absorption, par ce photodétecteur, du signal lumineux réfléchi par la scène dont on souhaite une image de profondeur.
[0073]En outre, on appelle "pixel de profondeur" l'ensemble des composants permettant l'acquisition de tous les échantillons nécessaires pour permettre la détermination d'une valeur de profondeur. En particulier, un pixel de profondeur peut comprendre plusieurs photosites correspondant chacun à un photodétecteur distinct.
[0074]Dans un capteur d'image de profondeur basé sur la capture de quatre échantillons, pour déterminer le déphasage Df modulo 2*P entre le signal lumineux émis et le signal lumineux reçu par un pixel de profondeur du capteur, le signal lumineux reçu est échantillonné en transférant, successivement et à intervalle régulier, des charges photogénérées dans l'élément photosensible d'un photosite du pixel pendant la première fenêtre d'échantillonnage C0, des charges photogénérées dans l'élément photosensible du même photosite ou d'un autre photosite du pixel pendant la deuxième fenêtre d'échantillonnage Cl, des charges photogénérées dans l'élément photosensible du même photosite ou d'un autre photosite du pixel pendant la troisième fenêtre d'échantillonnage C2, et des charges photogénérées dans l'élément photosensible du même photosite ou d'un autre photosite du pixel pendant la troisième fenêtre d'échantillonnage C3.
[0075]Chacun des quatre transferts ci-dessus est, par exemple, répété un grand nombre de fois, par exemple
100000 fois, avant qu'un signal correspondant soit lu par un circuit de sortie.
[0076]Dans la suite de la description, les modes de réalisation et variantes décrits correspondent à des techniques basées sur l'acquisition de quatre échantillons de charges photogénérées. Toutefois, les techniques basées sur l'acquisition de trois échantillons de charges photogénérées sont bien connues de la personne du métier, qui sera en mesure d'adapter la description faite pour le cas à quatre échantillons au cas à trois échantillons, par exemple en supprimant tout ce qui se rapporte à l'acquisition du quatrième échantillon de charges photogénérées, en adaptant le minutage des trois fenêtres temporelles restantes et en adaptant les formules [Math 1] et [Math 2]. Par exemple, dans ce cas, les déphasages entre les trois fenêtres d'échantillonnage et le signal lumineux émis sont respectivement de 0°, 120° et 240°, chaque fenêtre d'échantillonnage ayant une durée de l'ordre d'un tier de la période du signal lumineux émis, par exemple égale à un tier de la période du signal lumineux émis.
[0077]La figure 3 est une vue en coupe illustrant de façon schématique et partielle un mode de réalisation d'un capteur 12.
[0078]Le capteur 12 comprend :
- un premier niveau de détection Wl, également appelé premier circuit Wl, formé dans et sur un premier substrat semiconducteur 100, par exemple un substrat en silicium monocristallin ; et - un deuxième niveau de détection W2, également appelé deuxième circuit W2, formé dans et sur un deuxième substrat semiconducteur 130, par exemple un substrat en silicium monocristallin, le premier niveau W1 étant empilé, ou superposé, sur le deuxième niveau W2.
[0079]A titre d'exemple, l'épaisseur de chacun des substrats 100 et 130 est par exemple comprise entre 2 pm et 10 pm, par exemple entre 3 pm et 5 pm.
[0080]Dans toute la suite de la description, le capteur 12 est configuré pour que le signal lumineux réfléchi qu'il reçoit soit d'abord reçu par le niveau W1 avant d'être reçu par le niveau W2, le signal lumineux reçu par le niveau W2 ayant d'abord traversé le niveau W1. Dit autrement, l'empilement des niveaux W1 et W2 est configuré pour recevoir le signal lumineux réfléchi du côté du niveau W1. Toutefois, la personne du métier est en mesure d'adapter la description faite ci-après au cas où le capteur est configuré pour recevoir le signal lumineux réfléchi du côté du niveau W2.
[0081]Le niveau Wl, respectivement W2, comprend une matrice de pixels de profondeur Pixl, respectivement Pix2. Chaque pixel Pixl est associé à un pixel Pix2 correspondant, et, de manière réciproque, chaque pixel Pix2 est associé à un pixel Pixl correspondant.
[0082]Dans le mode de réalisation illustré par la figure 3, chaque pixel Pixl est superposé sur le pixel Pix2 correspondant, ou, dit autrement, les centres des pixels Pixl sont alignés avec les centres des pixels Pix2 correspondant. Dans d'autres modes de réalisation, chaque pixel Pixl est décalé par rapport au pixel Pix2 correspondant, ou, dit autrement, les centres de pixel Pixl sont décalés par rapport aux centres des pixels Pix2 correspondant. A titre d'exemple, les centres des pixels sont appelés centre de gravité des pixels.
[0083]Dans l'exemple de la figure 3, seulement deux pixels Pixl et deux pixels Pix2 sont représentés bien que, en pratique, chaque niveau Wl, W2 comprend, par exemple, un nombre de pixels de profondeur très supérieur à deux, par exemple supérieur à 100.
[0084]Le niveau Wl est configuré pour estimer le déphasage entre un signal lumineux émis modulé en amplitude à une fréquence Fmodl et un signal lumineux réfléchi correspondant, et le niveau W2 est configuré pour estimer le déphasage entre un signal lumineux émis modulé en amplitude à une fréquence Fmod2, égale à k fois la fréquence Fmodl, avec k un nombre supérieur ou égal à 1, et un signal lumineux réfléchi correspondant.
[0085]Dans la suite de la description, les échantillons C0, Cl, C2 et C3 acquis par chaque pixel Pixl, et les fenêtres temporelles correspondantes C0, Cl, C2 et C3 seront désignés par les références C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1, et, de manière similaire, les échantillons C0, Cl, C2 et C3 acquis par chaque pixel Pix2, et les fenêtres temporelles correspondantes C0, Cl, C2 et C3 seront désignés par les références CO-2, Cl-2, C2-2, C3-2. En particulier, les fenêtres temporelles C0-1, respectivement Cl-1, C2-1 et
C3-1, sont périodiques à la fréquence Fmodl, les fenêtres temporelles CO-2, respectivement Cl-2, C2-2 et C3-2 étant périodiques à la fréquence Fmod2. Ainsi, lorsque la fréquence Fmodl est différente de la fréquence Fmod2, la durée des fenêtres d'échantillonnage C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 est différente de celle des fenêtres d'échantillonnage CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2.
[0086]Chaque pixel Pixl, respectivement Pix2, comprend au moins un photosite PI, respectivement P2. Chaque photosite PI, respectivement P2, comprend un unique photodétecteur 101, respectivement 131. Ainsi, chaque pixel Pixl, respectivement Pix2, comprend au moins un photodétecteur 101, respectivement 131. Chaque photodétecteur ou zone photosensible 101, par exemple une photodiode, est formé, ou disposé, dans le substrat 100 du niveau Wl, chaque photodétecteur ou zone photosensible 131, par exemple une photodiode, étant formé, ou disposé, dans le substrat 130 du niveau W2.
[0087]Dans chaque pixel Pixl, le ou les photosites PI du pixel Pixl permettent l'acquisition de tous les échantillons C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 nécessaires à la détermination d'une valeur de profondeur, ou distance, pour ce pixel Pixl. Dit autrement, chaque pixel Pixl est configuré pour acquérir les échantillons de charges C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 photogénérées dans le pixel Pixl, c'est-à-dire dans le ou les photodétecteurs du pixel Pixl.
[0088]De manière similaire, dans chaque pixel Pix2, le ou les photosites P2 du pixel Pix2 permettent l'acquisition de tous les échantillons CO-2, Cl-2, C2-2, C3-2 nécessaires à la détermination d'une valeur de profondeur, ou distance, pour ce pixel Pix2. Dit autrement, chaque pixel Pix2 est configuré pour acquérir les échantillons de charges CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 photogénérées dans le pixel Pix2, c'est-à-dire dans le ou les photodétecteurs du pixel Pix2.
[0089]Le nombre de photosites PI, respectivement P2, par pixel Pixl, respectivement Pix2, est le même pour tous les pixels Pixl, respectivement Pix2. Le nombre de photosites PI par pixel Pixl est égal au nombre de photosites P2 par pixel Pix2.
[0090]Lorsque qu'un pixel Pixl comprend plusieurs photosites PI, donc plusieurs photodétecteurs 101, on appelle répartition spatiale des échantillons C0-1, Cl-1, C2-1,
C3-1 dans ce pixel Pixl, la répartition spatiale des photodétecteurs 101 du pixel Pixl relativement aux échantillons respectifs C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 fournis par ces photodétecteurs 101. De manière similaire, lorsque qu'un pixel Pix2 comprend plusieurs photosites P2, donc plusieurs photodétecteurs 131, on appelle répartition spatiale des échantillons CO-2, Cl-2, C2-2,
C3-2 dans ce pixel Pix2, la répartition spatiale des photodétecteurs 131 du pixel Pix2 relativement aux échantillons respectifs CO-2, Cl-2, C2-2, C3-2 fournis par ces photodétecteurs 131.
[0091]De préférence, la répartition spatiale des échantillons C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 est identique dans chaque pixel Pixl, et la répartition spatiale des échantillons CO-2, Cl-2, C2-2, C3-2 est identique dans chaque pixel Pix2. En outre, de préférence, la répartition spatiale des échantillons C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 dans les pixels Pixl est identique à la répartition spatiale des échantillons respectivement CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 dans les pixels Pix2, ou, dit autrement, la répartition spatiale des échantillons dans les pixels Pixl est identique à celle dans les pixels Pix2.
[0092]Chaque photosite PI est empilé, ou superposé, sur un photosite P2, et, de manière réciproque, chaque photosite P2 est surmonté d'un photosite PI. Dans la présente description, un photosite PI est dit empilé sur un photosite P2 lorsque le photodétecteur 101 du photosite PI est empilé sur le photodétecteur 131 du photosite P2, et, de manière réciproque, un photosite P2 est dit surmonté d'un photosite P2 lorsque le photodétecteur 131 du photosite P2 est surmonté du photodétecteur 101 du photosite PI. Ainsi, les photosites PI sont organisés en une matrice de photosites PI comprenant des lignes et des colonnes de photosites PI, les photosites P2 étant organisés en une matrice de photosites P2 comprenant des lignes et des colonnes de photosites P2. Dans la présente description, les photosites PI, respectivement P2, sont dits organisés en une matrice de photosites PI, respectivement P2, comprenant des lignes et des colonnes de photosites PI, respectivement P2, lorsque les photodétecteurs 101 des photosites PI, respectivement 131 des photosites P2, sont organisés en une matrice de photodétecteurs 101, respectivement 131, comprenant des lignes et des colonnes de photodétecteurs 101, respectivement 131. Chaque ligne de photosites PI est empilée sur une ligne correspondante de photosites P2, et chaque colonne de photosites PI est empilée sur une colonne correspondante de photosites P2. Dans la présente description, une ligne, respectivement une colonne, de photosites PI est dite empilée sur une ligne, respectivement une colonne, de photosites P2 lorsque la ligne, respectivement la colonne, de photodétecteurs 101 correspondants est empilée sur la ligne, respectivement la colonne, de photodétecteurs 131 correspondants.
[0093]Dans le mode de réalisation représenté, le niveau W1 comprend des murs d'isolation verticaux 103 traversant le substrat 100 sur toute son épaisseur et délimitant les portions de substrat correspondant respectivement aux photodétecteurs 101 des photosites PI du niveau W1. Les murs d'isolation verticaux 103 ont notamment une fonction d'isolation optique, et peuvent en outre avoir une fonction d'isolation électrique. A titre d'exemple, les murs d'isolation verticaux 103 sont en un matériau diélectrique, par exemple de l'oxyde de silicium, ou en un matériau conducteur, par exemple du silicium polycristallin, recouvert d'un matériau diélectrique, par exemple de l'oxyde de silicium, l'isolant électriquement du substrat 100. A titre de variante, les murs d'isolation 103 peuvent ne pas être présents.
[0094]De manière similaire, dans le mode de réalisation représenté, le niveau W2 comprend des murs d'isolation verticaux 133 traversant le substrat 130 sur toute son épaisseur et délimitant les portions de substrat correspondant respectivement aux photodétecteurs 131 des photosites P2 du niveau W2. Les murs d'isolation verticaux 133 ont notamment une fonction d'isolation optique, et peuvent en outre avoir une fonction d'isolation électrique. A titre d'exemple, les murs d'isolation verticaux 133 sont en un matériau diélectrique, par exemple de l'oxyde de silicium, ou en un matériau conducteur, par exemple du silicium polycristallin, recouvert d'un matériau diélectrique, par exemple de l'oxyde de silicium, l'isolant électriquement du substrat 130. A titre de variante, les murs d'isolation 133 peuvent ne pas être présents.
[0095]A titre d'exemple, le mur d'isolation vertical 133 entourant chaque photosite P2 est par exemple situé sensiblement à l'aplomb du mur d'isolation vertical 103 entourant le photosite PI empilé sur ce photosite P2.
[0096]Dans la présente description, on entend respectivement par face avant et face arrière d'un substrat, la face du substrat revêtue d'un empilement d'interconnexion et la face du substrat opposée à sa face avant.
[0097]Dans le mode de réalisation de la figure 3, les faces avant et arrière du substrat 100 sont respectivement sa face inférieure et sa face supérieure, les faces avant et arrière du substrat 130 étant respectivement sa face supérieure et sa face inférieure. Dans l'exemple de la figure 3, la face avant du substrat 100, qui est revêtue d'un empilement d'interconnexion 110, est du côté, ou en vis-à-vis, de la face avant du substrat 130, qui est revêtue d'un empilement d'interconnexion 140. La personne du métier est toutefois en mesure d'adapter la présente description au cas où les faces arrières des substrats 100 et 130 seraient en vis-à-vis l'une de l'autre, ou au cas où la face arrière de l'un des substrats 100 et 130 serait en vis-à-vis de la face avant de l'autre des substrats 100 et 130.
[0098]A titre d'exemple, l'empilement d'interconnexion 110, respectivement 140, comprend des couches diélectriques et conductrices alternées. Des pistes conductrices 111, respectivement 141, et des plots de connexion électrique (non représentées en figure 3) sont formées dans ces couches conductrices. L'empilement d'interconnexion 110 comprend en outre des vias conducteurs (non illustrés en figure 3) reliant les pistes 111 entre elles et/ou à des composants formés dans le substrat 100 et/ou aux plots de connexion électriques de l'empilement 110. De manière similaire, l'empilement d'interconnexion 140 comprend des vias conducteurs (non illustrés en figure 3) reliant les pistes 141 entre elles et/ou à des composants formés dans le substrat 140 et/ou aux plots de connexion électriques de l'empilement 140.
[0099]Bien que cela ne soit pas illustré en figure 3, de manière usuelle, chaque pixel Pixl, respectivement Pix2, comprend un ou plusieurs composants, par exemple des transistors MOS ("Métal Oxide Semiconductor " - métal oxyde semiconducteur), formés du côté de la face avant du substrat 100, respectivement 130.
[0100]A titre d'exemple, la face du substrat 100 destinée à recevoir un signal lumineux, à savoir la face arrière du substrat 100 dans l'exemple de la figure 3, est revêtue d'une couche de passivation 115, par exemple une couche d'oxyde de silicium, une couche de Hf02, une couche d'A1203, ou un empilement de plusieurs couches de matériaux différents pouvant avoir d'autres fonctions que la seule fonction de passivation (antireflet, filtrage, collage, etc.)/ s'étendant sur sensiblement toute la surface du substrat 100. A titre d'exemple, la couche 115 est disposée sur et en contact avec le substrat 100.
[0101]De préférence, comme cela est représenté en figure 3, chaque empilement d'un photosite PI et d'un photosite P2 comprend un filtre 118, par exemple une couche de résine noire ou un filtre interférentiel, disposé du côté du capteur 12 destiné à recevoir un signal lumineux, par exemple sur et en contact avec la couche de passivation 115, en vis-à-vis de l'empilement des éléments photosensible 101 et 131 de cet empilement de photosites PI et P2. Chaque filtre 118 est adapté à transmettre la lumière dans la gamme de longueurs d'ondes d'émission de la source lumineuse 16 (figure 1). De préférence, le filtre 118 est adapté à transmettre la lumière uniquement dans une bande de longueurs d'ondes relativement étroite centrée sur la gamme de longueurs d'ondes d'émission de la source lumineuse 16 du dispositif 10 (figure 1). Le filtre 118 permet d'éviter une génération indésirable de porteurs de charges dans les éléments photosensibles 101 et 131 des photosites PI et P2 sous-jacents sous l'effet d'un rayonnement lumineux ne provenant pas de la source lumineuse 16 du dispositif 10.
[0102]Chaque empilement d'un photosite PI et d'un photosite P2 peut en outre comprendre une microlentille 122 disposée du côté du capteur 12 destiné à recevoir un rayonnement lumineux, par exemple sur et en contact avec le filtre 118 de cet empilement de photosites PI et P2, adaptée à focaliser la lumière incidente sur l'élément photosensible 101 du photosite PI et/ou sur l'élément photosensible 131 du photosite P2 sous-jacent.
[0103]A titre d'exemple, les deux niveaux W1 et W2 empilés l'un sur l'autre sont assemblés l'un avec l'autre par collage hybride. Pour cela, le niveau W1 comprend, par exemple, une couche 126 revêtant entièrement le substrat 100 et étant, interrompue par des premiers éléments de connexion électrique (non représentés en figure 3), par exemple des plots de connexion électrique de l'empilement 110, et le niveau W2 comprend, par exemple, une couche 132 de même nature que la couche 126 du niveau Wl, la couche 132 revêtant entièrement le substrat 130 et étant interrompue par des deuxièmes éléments de connexion électrique (non représentés en figure 3), par exemple des plots de connexion électrique de l'empilement 140. Le collage hybride s'effectue en mettant la couche 130 en contact avec la couche 126, sur toute l'étendue des substrats 100 et 130, de manière que les premiers éléments de connexion électrique soient en contact avec les deuxièmes éléments de connexion électrique. A titre d'exemple, les couches 126 et 132 sont en oxyde de silicium.
[0104]Dans l'exemple de la figure 3 où le niveau Wl reçoit de la lumière incidente du côté de la face arrière du substrat 100 et où le niveau W2 reçoit de la lumière incidente du côté de la face avant du substrat 130, les faces avant des substrats 100 et 130 sont en vis-à-vis l'une de l'autre, et les couches 126 et 132 sont disposées respectivement du côté de la face avant du substrat 100 et du côté de la face avant du substrat 130. Par exemple, la couche 126 est disposée sur et en contact avec l'empilement d'interconnexion 110 et la couche 132 est disposée sur et en contact avec l'empilement d'interconnexion 140.
[0105]Bien que cela ne soit pas illustré en figure 3, le capteur 12 comprend un circuit de commande des photosites PI et P2, c'est-à-dire un circuit configuré pour commander les photosites PI et P2. Ce circuit de commande est plus particulièrement configuré pour commander l'échantillonnage, par les photosites PI et P2, du signal lumineux réfléchi reçu par le capteur 12. A titre d'exemple, ce circuit de commande comprend un premier circuit configuré pour commander les photosites PI, ce premier circuit étant, par exemple, disposé dans et sur le substrat 100, et un deuxième circuit configuré pour commander les photosites P2, ce deuxième circuit étant, par exemple, disposé dans et sur le substrat 130. Lorsque le capteur 12 est mis en œuvre dans un dispositif d'acquisition d'images 10 du type de celui décrit en relation avec la figure 1, selon un mode de réalisation, le circuit de commande des photosites PI et P2 est synchronisé avec le circuit 14, par exemple via le signal CLK.
[0106]Dans le niveau Wl, chacune des fenêtres temporelles C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 est périodique selon la fréquence Fmodl, correspondant à la fréquence de modulation en amplitude d'un signal lumineux détecté par le niveau Wl, de sorte qu'une distance, ou profondeur, d peut être calculée pour chaque pixel Pixl à partir des échantillons de charges C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 fournis par ce pixel
Pixl. Dit autrement, chaque pixel Pixl échantillonne les charges photogénérées à une fréquence Fel égale à N fois la fréquence Fmodl, avec N égal à 4 dans ce mode de réalisation où le pixel Pixl fournit quatre échantillons CO-1, Cl-1, C2-1, C3-1 pour calculer une distance ou profondeur d pour ce pixel Pixl.
[0107]De manière similaire, dans le niveau W2, chacune des fenêtres temporelles CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 est périodique selon la fréquence Fmod2, égale à k fois la fréquence Fmodl, avec k un nombre supérieur ou égal à 1. La fréquence Fmod2 correspond à la fréquence de modulation en amplitude d'un signal lumineux détecté par le niveau W2, de sorte qu'une distance, ou profondeur, d peut être calculée pour chaque pixel Pix2 à partir des échantillons de charges CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 fournis par ce pixel Pix2 . Dit autrement, chaque pixel Pix2 échantillonne les charges photogénérées à une fréquence Fe2 égale à N fois la fréquence Fmod2, avec N égal à 4 lorsque le pixel Pix2 fournit quatre échantillons CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 pour calculer une distance ou profondeur d pour ce pixel Pix2.
[0108]Lorsque le capteur 12 décrit en relation avec la figure 3 est mis en œuvre dans un dispositif 10 du type de celui décrit en relation avec la figure 1, selon un mode de réalisation, le circuit de calcul 20 est alors configuré pour calculer, pour chaque pixel Pixl, respectivement Pix2, une distance ou profondeur d, à partir des échantillons C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 du pixel
Pixl, respectivement CO-2, Cl-2, C2-2, C3-2. Le circuit de calcul 20 est en outre configuré pour calculer, ou générer, une carte de profondeur à partir des distances d calculées pour les pixels Pixl, et, en outre, des distances d calculées pour les pixels Pix2, de manière que la carte de profondeur ainsi calculée soit plus précise qu'une carte de profondeur qui aurait été générée à partir des distances d calculées pour les pixel Pixl uniquement, et qu'une carte de profondeur qui aurait été générée à partir des distances d calculées pour les pixels Pix2 uniquement. Dit autrement, le circuit de calcul 20 est configuré pour calculer, à partir des distances d calculées pour les pixels Pixl et pour les pixels Pix2, une carte de profondeur de la scène de précision augmentée par rapport à une carte de profondeur de la scène reconstituée à partir des distances d calculées pour les pixels Pixl uniquement, et à une carte de profondeur de la scène reconstituée à partir des distances d calculées pour les pixels Pix2 uniquement.
[0109]Plus particulièrement, selon un mode de réalisation, le nombre k est strictement supérieur à 1. Dans ce cas, le capteur 12 reçoit un signal lumineux réfléchi par une scène, qui correspond à un signal lumineux émis par la source 16 (figure 1), modulé en amplitude à la fréquence Fmodl et, simultanément, à la fréquence Fmod2. Les pixels Pixl échantillonnent alors ce signal lumineux reçu à la fréquence Fel, alors que les pixels Pix2 échantillonnent ce signal lumineux reçu à la fréquence Fe2. Ainsi, chaque association d'un pixel Pixl et d'un pixel Pix2 correspondant permet de calculer une première distance d pour le pixel Pixl et une deuxième distance d pour le pixel Pix2.
[0110]Du fait que la première distance, respectivement la deuxième distance, est calculée à partir d'un premier déphasage, respectivement un deuxième déphasage, Df modulo 2*P et de la formule Math 2, il existe une incertitude résultant du fait que le déphasage Df n'est connu que modulo 2*P. La fréquence Fmodl étant plus faible que la fréquence Fmod2, la profondeur maximale de scène détectable sans incertitude liée au modulo 2*P est donc plus grande à la fréquence Fmodl qu'à la fréquence Fmod2. Toutefois, la première distance d calculée à la fréquence Fmodl est utilisée, par exemple par le circuit 20, pour lever l'incertitude sur la deuxième distance d calculée à la fréquence Fmod2. Ainsi, la profondeur d maximale de scène détectable sans incertitude liée au modulo 2*P est la même à la fréquence Fmod2 et à la fréquence Fmodl.
[0111]En outre, la fréquence Fmodl étant plus faible que la fréquence Fmod2, l'erreur de mesure sur la distance d est plus faible à la fréquence Fmod2.
[0112]L'utilisation des deux fréquences Fmodl et Fmod2 permet de bénéficier d'une plus grande plage de distances d mesurables sans incertitudes par rapport au cas où seule la fréquence Fmod2 serait utilisée, tout en conservant une erreur de mesure plus petite par rapport au cas où seule la fréquence Fmodl serait utilisée.
[0113]Dit autrement, le dispositif 10 permet de mesurer, sans incertitude liée à la connaissance modulo 2*P du déphasage, des distances d sur une plage allant de 0 à c/2*Fmodl au maximum, avec une erreur de mesure correspondant à l'erreur de mesure à la fréquence Fmod2.
[0114]Il en résulte que, dans une direction z d'empilement des niveaux W1 et W2, la carte de profondeur calculée par le circuit 20 à partir des premières distances et des deuxièmes distances est plus précise (en terme d'erreur de mesure du fait de l'utilisation de la fréquence Fmod2) qu'une carte de profondeur qui serait calculée à partir des seules premières distances, et plus précise (en terme de distance maximale mesurable sans incertitude du fait de l'utilisation de la fréquence Fmod2) qu'une carte de profondeur qui serait calculée à partir des seules deuxièmes distances.
[0115]Le circuit 20 est configuré pour calculer, à partir des premières et deuxièmes distances d, c'est-à-dire à partir des échantillons C0-1, CO-2, Cl-1, Cl-2, C2-1, C2- 2, C3-1 et C3-2, cette carte de profondeur plus précise.
[0116]De préférence, dans des modes de réalisation où le nombre k est strictement supérieur à 1, chaque pixel Pixl est empilé sur le pixel Pix2 correspondant auquel le pixel Pixl est associé. Dit autrement, le centre de chaque pixel Pixl est aligné, dans la direction z, avec le centre du pixel Pix2 correspondant associé à ce pixel Pixl. En effet, cela permet de ne pas diminuer la précision de la carte de profondeur calculée dans deux directions x et y orthogonales entre elles et à la direction z.
[0117]A titre d'exemple, lorsque le nombre k est strictement supérieur à 1, la fréquence Fmodl est comprise entre 10 MHz et 150 MHz, la fréquence Fmod2 pouvant être comprise entre 20 MHz et 300 MHz.
[0118]Selon un autre mode de réalisation, le nombre k est égal à 1. Dans ce cas, le capteur 12 reçoit un signal lumineux réfléchi par une scène, qui correspond à un signal lumineux émis par la source 16 (figure 1) qui est modulé en amplitude uniquement à la fréquence Fmodl. Les pixels Pixl échantillonnent alors ce signal lumineux reçu à la fréquence Fel et les pixels Pix2 échantillonnent ce signal lumineux à la fréquence Fe2 égale la fréquence Fel. Dans ce mode de réalisation, chaque pixel Pixl, respectivement Pix2, comprend plusieurs photosites PI, respectivement P2. En outre, dans ce mode de réalisation, les centres des pixels Pixl sont décalés, dans la direction x et/ou dans la direction y, par rapport aux centres des pixels Pix2. Dit autrement, chaque pixel Pixl a son centre qui est décalé par rapport au centre du pixel Pix2 auquel est associé ce pixel Pixl.
[0119]Selon un mode de réalisation où k est égal à 1, le décalage du centre de chaque pixel Pixl par rapport au centre du pixel Pix2 auquel il est associé est mis en œuvre de manière permanente, c'est-à-dire qu'il est identique à chaque capture de la scène par le dispositif
10.
[0120]Selon un autre mode de réalisation où k est égal à 1, le décalage du centre de chaque pixel Pixl par rapport au centre du pixel Pix2 auquel il est associé est mis en œuvre uniquement une capture de la scène sur deux.
[0121]Selon encore un autre mode de réalisation où k est égal 1, pour chaque deux captures successives de la scène, le décalage du centre de chaque pixel Pixl par rapport au centre du pixel Pix2 auquel il est associé est différent entre les deux captures.
[0122]A titre d'exemple, le décalage du centre de chaque pixel Pixl par rapport au centre du pixel Pix2 auquel il est associé est mis en œuvre par le circuit de commande des pixels de profondeur Pixl et Pix2, donc des photosites PI et P2, par exemple grâce aux signaux de commande fournis aux pixels Pixl et/ou aux pixels Pix2. La mise en œuvre d'un tel décalage est à la portée de la personne du métier, notamment à partir des exemples de modes de réalisation qui sont décrits en relation avec les figures 12 à 15.
[0123]A titre d'exemple, lorsque le nombre k est égal à 1, les fréquences Fmodl et Fmod2 sont comprises entre 10 MHz et 300 MHz.
[0124]Du fait que le circuit 20 est configuré pour calculer, pour chaque association d'un pixel Pixl et d'un pixel Pix2 correspondant, une première distance d entre ce pixel Pixl et la scène, c'est-à-dire entre le centre du pixel Pixl et la scène, et une deuxième distance d entre le pixel Pix2 et la scène, c'est-à-dire entre le centre du pixel Pix2 et la scène, et, en outre, que ces deux pixels Pixl et Pix2 ont leurs centres décalés, la première distance d est décalée par rapport à la deuxième distance d. Cela revient à doubler le nombre de distances d disponibles pour le calcul d'une carte de profondeur par le circuit 20. Il en résulte que la carte de profondeur calculée par le circuit 20 à partir des distances d calculées pour les pixels Pixl et des distances d calculées pour les pixels Pix2 est plus précise, dans un plan défini par les directions x et y, qu'une carte de profondeur qui serait calculée à partir des distances calculées seulement pour les pixels Pixl et qu'une carte de profondeur qui serait calculée à partir des distances calculées seulement pour les pixels Pix2. Dit autrement, le circuit de calcul 20 est configuré pour améliorer la précision de la carte de profondeur dans la direction de décalage des centres des pixels Pixl par rapport aux centres des pixels Pix2.
[0125]La figure 4 est un diagramme de circuit illustrant un mode de réalisation d'un circuit 300 d'un photosite de profondeur. Selon un mode de réalisation, tous les photosites PI et P2 sont mis en œuvre par des circuits 300, chaque photosite correspondant à un circuit 300 distinct .
[0126]Le circuit 300 est adapté à réaliser l'acquisition d'un seul échantillon de charges C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1, CO-2, Cl-2, C2-2 ou C3-2.
[0127]Le circuit 300 est apte à réaliser une mémorisation en charge. Le circuit 300 comprend un élément photosensible PD couplé entre un noeud 302 et une source d'alimentation de référence, par exemple la masse, l'élément photosensible PD étant par exemple une photodiode. Plus particulièrement, dans le cas où le circuit 300 correspond à un photosite PI, l'élément PD correspond à la zone photosensible 101 du photosite PI (figure 3), et, dans le cas où le circuit 300 correspond à un photosite P2, l'élément PD correspond à la zone photosensible 131 du photosite P2 (figure 3).
[0128]Le noeud 302 est couplé à un noeud de lecture SN ("sense node" en anglais) par l'intermédiaire d'un circuit d'échantillonnage 304. Le circuit d'échantillonnage 304 comprend une mémoire memi couplée au noeud 302 par une porte de transfert 306 qui est par exemple un transistor MOS à canal N. La mémoire memi est aussi couplée au noeud de détection SN par une porte de transfert supplémentaire 308, qui est aussi par exemple un transistor MOS à canal N. La porte de transfert 306 est commandée par un signal Vmemi appliqué à sa grille, et la porte de transfert 308 est commandée par un signal Vsni appliqué à sa grille. La mémoire memi fournit une zone de stockage de charges dans laquelle des charges transférées depuis l'élément photosensible PD sont temporairement stockée.
[0129]Le circuit 300 comprend en outre un circuit de sortie formé d'un transistor à source suiveuse 310, d'un transistor de sélection 312 et d'un transistor de réinitialisation 314, ces transistors étant par exemple des transistors MOS à canal N. Le noeud de détection SN est couplé au noeud de commande du transistor 310, qui a par exemple son drain couplé à la source de tension d'alimentation Vdd, et sa source couplée à une ligne de sortie 316 du circuit 300 par le transistor 312 qui est commandé par un signal Vsel appliqué à sa grille. Le noeud de détection SN est aussi couplé à la source de tension d'alimentation Vdd à travers le transistor 314 qui est commandé par un signal Vres appliqué à sa grille. Dans des variantes de réalisation, le circuit de sortie pourrait être partagé par plusieurs photosites, le noeud de détection SN étant par exemple couplé au circuit d'échantillonnage d'un ou plusieurs photosites adjacents.
[0130]Le circuit 300 comprend en outre par exemple un transistor 318 couplant le noeud 302 à la source de tension d'alimentation Vdd et permettant à la photodiode PD d'être réinitialisée. Le transistor 318 est par exemple commandé par un signal VresPD. Il permet donc de contrôler le temps d'exposition en assurant une vidange de la photodiode PD avant un démarrage d'intégration synchrone pour toutes les photodiodes PD du capteur et d'assurer une fonction d'anti-éblouissement afin d'éviter un débordement de la photodiode dans les mémoires memi lors de la lecture globale de la matrice.
[0131]La figure 5 est un diagramme de circuit illustrant un autre mode de réalisation d'un circuit 320 d'un photosite de profondeur. Selon un mode de réalisation, tous les photosites PI et P2 sont mis en œuvre par des circuits 320, chaque photosite correspondant à un circuit 320 distinct .
[0132]A titre d'exemple, un circuit analogue au circuit 320 est décrit plus en détail dans la demande de brevet français de numéro de demande FR 15/63457. Par exemple, un chronogramme illustrant un exemple de fonctionnement de ce circuit est présenté en figure 3 de FR 15/63457, et le même exemple de fonctionnement s'applique dans le contexte de la présente demande.
[0133]Le circuit 320 comprend l'ensemble des éléments du circuit 300 et comprend, en outre, un autre circuit d'échantillonnage 322 connecté entre le noeud 302 et le noeud SN et comprenant des éléments de circuit similaires au circuit d'échantillonnage 304, et en particulier le circuit 322 comprend une mémoire menp, une porte de transfert 324 commandée par un signal Vmenp, et une porte de transfert 326 commandée par un signal Vsn2.
[0134]Le circuit 320 permet de réaliser l'acquisition de deux échantillons pour une image de profondeur. L'utilisation du circuit 320 permet, de façon avantageuse, de diminuer le nombre de transistors par photosite. La lecture des deux mémoires memi et menp est réalisée de façon séquentielle.
[0135]La figure 6 est un diagramme de circuit illustrant un autre mode de réalisation d'un circuit 330 d'un photosite de profondeur. Selon un mode de réalisation, tous les photosites PI et P2 sont mis en œuvre avec des circuits 330.
[0136]Le circuit 330 comprend l'ensemble des éléments du circuit 320 représenté en figure 5, à la différence que le circuit d'échantillonnage 322 est connecté entre le noeud 302 et un noeud SN', et qu'il comprend, en outre, un circuit de sortie formé d'un transistor à source suiveuse 332, d'un transistor de sélection 334 et d'un transistor de réinitialisation 336, ces transistors étant par exemple des transistors MOS à canal N. Le noeud de lecture SN' est couplé au noeud de commande du transistor 332, qui a par exemple son drain couplé à la source de tension d'alimentation Vdd, et sa source couplée à une ligne de sortie 338 du circuit 330 par le transistor 334 qui est commandé par un signal Vsel' appliqué à sa grille. Le noeud de lecture SN' est aussi couplé à la source de tension d'alimentation Vdd à travers le transistor 336 qui est commandé par un signal Vres' appliqué à sa grille. Le circuit 330 permet de réaliser l'acquisition de deux échantillons pour une image de profondeur. La lecture des deux mémoires memi et menp peut être réalisée de façon simultanée . [0137]La figure 7 est un diagramme de circuit illustrant un autre mode de réalisation de circuit 340 d'un photosite de profondeur. Selon un mode de réalisation, tous les photosites PI et P2 sont mis en œuvre par des circuits 340, chaque photosite correspondant à un circuit 340 distinct .
[0138]Le circuit 340 comprend l'ensemble des éléments du circuit 300 représenté en figure 4, à la différence que le transistor 308 et la mémoire memi ne sont pas présents, le transistor 306 étant connecté directement au noeud de lecture SN.
[0139]Dans le cas du circuit 340, les charges sont stockées directement sur le noeud de lecture SN. Il n'y a pas de stockage intermédiaire. On parle dans ce cas de mémorisation en tension. Un condensateur C peut être ajouté sur le noeud de lecture SN, connecté entre le noeud de lecture SN et la masse, pour augmenter la dynamique. La capacité de stockage au noeud de lecture SN peut aussi être constituée uniquement par des capacités intrinsèques présentent sur le noeud de lecture, par exemple par la somme de la capacité de grille du transistor 310 connecté à ce noeud, de la capacité de source du transistor 314 connecté à ce noeud, de la capacité de drain du transistor 306 connecté à ce noeud, et de la capacité équivalente entre des connexions électriques connectées au noeud SN et des connexions électriques voisines.
[0140]Les cas de photosites à mémorisation en tension, en lecture parallèle ou séquentielle, pourront être aisément dérivés des cas des photosites à mémorisation en charge précédemment présentés en relation avec les figures 5 et 6, en supprimant les transistors 308, 326 et les mémoires memi, menp. [0141]Plus généralement, la personne du métier est en mesure de déduire des cas de photosites précédemment décrits adaptés à réaliser l'acquisition de deux échantillons pour une image de profondeur, à mémorisation en charge ou en tension, et à lecture parallèle ou séquentielle, des cas de photosites adaptés à réaliser l'acquisition de trois ou quatre échantillons pour une image de profondeur, à mémorisation en charge ou en tension, et à lecture parallèle ou séquentielle.
[0142]Dans les modes de réalisation où k est égal à 1, de préférence, les signaux de commande fournis aux photosites PI pour l'acquisition des échantillons C0-1, respectivement Cl-1, C2-1 et C3-1, sont identiques à ceux fournis aux photosites P2 pour l'acquisition des échantillons CO-2, respectivement Cl-2, C2-2 et C3-2. De préférence, les fenêtres d'échantillonnage C0-1, Cl-1,
C2-1 et C3-1 sont en phase, ou synchronisées, avec les fenêtres d'échantillonnage respectivement CO-2, Cl-2, C2- 2 et C3-2. Pour cela, le capteur 12 comprend, par exemple, un circuit configuré pour synchroniser les durées C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 avec les durées respectivement CO-2,
Cl-2, C2-2 et C3-2, ce circuit comprenant, par exemple, des lignes à retard.
[0143]Dans les modes de réalisation où k est strictement supérieur à 1, du fait que les fenêtres d'échantillonnage C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 sont périodiques à la fréquence Fmodl et les fenêtres d'échantillonnage CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 sont périodiques à la fréquence Fmod2, les signaux de commande fournis aux photosites PI pour l'acquisition des échantillons C0-1, respectivement Cl-1, C2-1 et C3-1, sont différents de ceux fournis aux photosites P2 pour l'acquisition des échantillons CO-2, respectivement Cl-2, C2-2 et C3-2. [0144]Les figures 8 à 11 illustrent des détails de mise en œuvre de modes de réalisation dans lesquels le nombre k est strictement supérieur à 1.
[0145]La figure 8 illustre, par des courbes dans le domaine fréquentiel, un mode de mise en œuvre du choix du nombre k strictement supérieur à 1.
[0146]Plus particulièrement, la figure 8 illustre, dans le domaine fréquentiel, l'échantillonnage à la fréquence Fel d'un signal modulé en amplitude à la fréquence Fmodl, chaque échantillon correspondant à une fenêtre temporelle de largeur 1/(N*Fmodl), avec N égal à quatre dans ce mode de réalisation basé sur la prise de quatre échantillons.
[0147]Ainsi, dans le domaine fréquentiel, on observe des sinus cardinaux 400 associés à la fréquence Fmodl. Plus particulièrement, chaque sinus cardinal 400 est centré sur l'une des fréquences r*Fel - Fmodl et r*Fel + Fmodl, avec r entier positif. En figure 8, seuls les sinus cardinaux centrés sur Fmodl (r=0), sur Fel - Fmodl (r=l) et Fel + Fmodl (r=l) sont représentés, et, en outre, seuls le lobe principal et les deux premiers lobes secondaires de chacun de ces sinus cardinaux 400 sont tracés afin de ne pas surcharger la figure. La largeur du lobe principal de chaque sinus cardinal 400 est égale à 2*Fmodl, et celle de ses lobes secondaires à Fmodl. De plus, du fait que les échantillons sont pris sur des fenêtres temporelles C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 de largeur 1/Fel, l'amplitude de ces sinus cardinaux 400 est multipliée par un sinus cardinal 402 centré sur la fréquence nulle, le sinus cardinal 402 ayant un lobe principal de largeur 2*Fel et des lobes secondaires de largeur Fel.
[0148]Cependant, le signal lumineux effectivement reçu par le niveau W1 n'est pas seulement modulé à la fréquence Fmodl, mais également et simultanément à la fréquence Fmod2 .
[0149]En effet, selon un mode de réalisation où k est strictement supérieur à 1, la source lumineuse 16 (figure 1) est configurée pour fournir un signal lumineux modulé en amplitude à la fréquence Fmodl et, simultanément, à la fréquence Fmod2. A titre d'exemple, la source lumineuse 16 est monochromatique et configurée pour fournir un signal lumineux à une longueur d'onde donnée, ce signal étant modulé en amplitude simultanément aux fréquences Fmodl et Fmod2. Selon un autre exemple, la source lumineuse 16 est polychromatique et configurée pour fournir un signal lumineux comprenant plusieurs longueurs d'onde, de préférence deux longueurs d'onde différentes. Dans ce cas, la source lumineuse 16 est configurée, par exemple, pour que le signal émis soit modulé en amplitude simultanément à Fmodl et Fmod2 pour toutes les longueurs d'onde du signal lumineux émis, ou, par exemple, pour que le signal lumineux émis soit modulé en amplitude à la fréquence Fmodl pour une première longueur d'onde ou une première gamme de longueurs d'onde et, simultanément, à la fréquence Fmod2 pour une deuxième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde ou une deuxième gamme de longueurs d'onde différente de la première gamme de longueur d'onde.
[0150]Ainsi, bien que cela ne soit pas représenté en figure 8, dans le domaine fréquentiel, on observe également des sinus cardinaux associés à la fréquence Fmod2. Chaque sinus cardinal associé à la fréquence Fmod2 est centré sur l'une des fréquences r*Fel - Fmod2 et r*Fel + Fmod2, a un lobe principal de largeur 2*Fmodl et des lobes secondaires de largeur Fmodl. L'amplitude de chaque sinus cardinal associé à la fréquence Fmod2 est, comme celles des sinus cardinaux 400 associés à la fréquence Fmodl, multipliée par le sinus cardinal 402.
[0151]Il en résulte une contribution de la fréquence Fmod2 sur la mesure, par le niveau Wl, de la fréquence Fmodl du signal lumineux réfléchi. Cette contribution de la fréquence Fmod2 dans la mesure faite par le niveau Wl entraîne une erreur sur le déphasage calculé pour le niveau Wl.
[0152]Selon un mode de réalisation, pour que la contribution de la fréquence Fmod2 sur la mesure, par le niveau Wl, de la fréquence Fmodl du signal réfléchi n'entraîne pas d'erreur sur le déphasage calculé pour le niveau Wl, le nombre k est choisi entier. De cette façon, la fréquence Fmodl se retrouve sur un zéro de chacun des sinus cardinaux associés à la fréquence Fmod2.
[0153]Selon un autre mode de réalisation, lorsque le nombre k n'est pas entier, on tolère une erreur sur le déphasage calculé pour le niveau Wl, résultant de la contribution de la fréquence Fmod2 sur la mesure, par le niveau Wl, de la fréquence Fmodl du signal réfléchi. Par exemple, on tolère une erreur inférieure à un seuil d'erreur cible, ou, dit autrement, on tolère une contribution de la fréquence Fmod2 sur la mesure, par le niveau Wl, de la fréquence Fmodl du signal réfléchi qui soit inférieure à une valeur cible. Le nombre k est alors déterminé par cette valeur cible. Dit autrement, le nombre k est alors déterminé de sorte que la contribution de la fréquence Fmod2 sur la mesure, par le niveau Wl, de la fréquence Fmodl du signal réfléchi soit inférieur à cette valeur cible. A titre d'exemple, le nombre k est strictement supérieur a 7, ce qui correspond à une contribution de la fréquence Fmod2 sur la mesure, par le niveau Wl, de la fréquence Fmodl qui est inférieure à 2,5%. [0154]Le choix du nombre k pour que, dans le niveau Wl, la fréquence Fmod2 ne perturbe pas ou peu la mesure de déphasage faite à la fréquence Fmodl vient d'être décrit.
[0155]Cependant, de la même façon que la fréquence Fmod2 perturbe la mesure de déphasage faite à la fréquence Fmodl par le niveau Wl, c'est-à-dire quand le signal lumineux reçu est échantillonné à la fréquence Fel, la fréquence Fmodl peut perturber la mesure de déphasage faite à la fréquence Fmod2 par le niveau W2, c'est-à-dire quand le signal lumineux reçu est échantillonné à la fréquence Fe2. Dans le niveau W2, l'échantillonnage s'effectue à la fréquence Fe2 = N*Fmod2, d'où il résulte que, en fréquentiel, chaque sinus cardinal associé à la fréquence Fmodl est centré sur une fréquence correspondante r*Fe2 - Fmodl ou r*Fe2 + Fmodl et chaque sinus cardinal associé à la fréquence Fmod2 est centré sur une fréquence correspondante r*Fe2 - Fmod2 ou r*Fe2 + Fmod2. En outre, les sinus cardinaux associés aux fréquences Fmodl et Fmod2 ont chacun un lobe principal de largeur 2*Fmod2 et des lobes secondaires de largeur Fmod2. Or, la fréquence Fmodl est inférieure à la fréquence Fmod2. Il n'est donc pas possible de trouver une valeur entière de k pour laquelle la fréquence Fmod2 se trouve sur un zéro des sinus cardinaux associés à la fréquence Fmodl.
[0156]Selon un mode de réalisation dans lequel la source lumineuse 16 est polychromatique et configurée pour que le signal lumineux émis soit modulé en amplitude à la fréquence Fmodl pour une première longueur d'onde et, simultanément, à la fréquence Fmod2 pour une deuxième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde, un filtre est prévu entre les niveaux Wl et W2, le filtre étant configuré pour bloquer la première longueur d'onde et pour laisser passer la deuxième longueur. Le filtre, par exemple un filtre interférentiel, permet donc de ne laisser passer vers le niveau W2 que la partie du signal lumineux réfléchi qui est modulé à la fréquence Fmod2. Cela permet de supprimer la contribution de la fréquence Fmodl sur la mesure, par le niveau W2, de la fréquence Fmod2 du signal réfléchi.
[0157]Selon un autre mode de réalisation, on tolère une erreur sur le déphasage calculé pour le niveau W2, résultant de la contribution de la fréquence Fmodl sur la mesure, par le niveau W2, de la fréquence Fmod2 du signal réfléchi. Par exemple, on tolère une erreur inférieure à un seuil d'erreur cible, ou, dit autrement, on tolère une contribution de la fréquence Fmodl sur la mesure, par le niveau W2, de la fréquence Fmod2 du signal réfléchi qui soit inférieure à une valeur cible. Le nombre k est alors en outre déterminé par cette valeur cible, ou, dit autrement, de sorte que la contribution de la fréquence Fmodl sur la mesure, par le niveau W2, de la fréquence Fmod2 du signal réfléchi soit inférieur à cette valeur cible. A titre d'exemple, le nombre k est supérieur ou égal à 20, ce qui correspond à une contribution de la fréquence Fmodl sur la mesure, par le niveau W2, de la fréquence Fmod2 qui est inférieure ou égale à 5%.
[0158]Les figures 9 à 11 représentent chacune schématiquement un exemple de mode de réalisation de répartition spatiale des échantillons C0-1, Cl-1, C2-1,
C3-1 dans les pixels Pixl et des échantillons CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 dans les pixels Pix2, pour des modes de réalisation dans lesquels le nombre k est strictement supérieur à 1. Dit autrement, les figures 9 à 11 représentent chacune un exemple de mode de réalisation de répartition spatiale des photosites, donc de leurs photodétecteurs, dans les pixels Pixl et Pix2, en relation avec les échantillons qu'ils permettent d'acquérir.
[0159]Chacune de ces figures représente, de manière alignée verticalement dans la figure, la répartition spatiale des échantillons dans les pixels Pixl du niveau W1 (en haut de la figure) et la répartition spatiale des échantillons dans les pixels Pix2 du niveau W2 (en bas de la figure). Dans ces figures, seules une partie de la matrice de photosites PI du niveau W1 et une partie de matrice de photosites P2 du niveau W2 sont représentées.
[0160]Dans ces figures 9 à 11, chaque pixel Pixl est empilé sur un pixel Pix2, ou, dit autrement, chaque le centre de chaque pixel Pixl est aligné avec le centre du pixel Pix2 correspondant .
[0161]De préférence, comme cela est représenté dans ces figures, la répartition spatiale des échantillons C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 dans les pixels Pixl est identique à la répartition spatiale des échantillons respectivement C0- 2, Cl-2, C2-2, C3-2 dans les pixels Pix2. Dit autrement, le photodétecteur d'un pixel Pixl dans lequel sont générées les charges de l'échantillon C0-1, respectivement Cl-1, C2-1 et C3-1, est empilé sur le photodétecteur du pixel Pix2 correspondant dans lequel sont générées les charges de l'échantillon CO-2, respectivement Cl-2, C2-2 et C3-2. Dit encore autrement, dans ces figures, chaque photosite PI configuré pour acquérir un échantillon C0-1, respectivement Cl-1, C2-1 ou C3-1, est empilé sur un photosite P2 configuré pour acquérir un échantillon CO-2, respectivement Cl-2, C2-2 ou C3-2.
[0162]Dans d'autres exemples non illustrés, la répartition spatiale des échantillons C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 dans chaque pixel Pixl peut être différente de la répartition spatiale des échantillons CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 du pixel Pix2 auquel le pixel Pixl est associé, et sur lequel le pixel Pixl est empilé.
[0163]Dans les modes de réalisation illustrés par les figures 9 à 11, le capteur 12 ne comprend que des photosites PI et P2 pour la détermination d'une image de profondeur, et, de préférence, les lignes de photosites PI, P2 du capteur sont adjacentes deux à deux, les colonnes de photosites PI, P2 du capteur étant adjacentes deux à deux.
[0164]Dans les figures 9 à 11, les pixels Pixl et Pix2 sont délimités par des traits pleins, et, dans chaque pixel Pixl, Pix2, les photosites du pixel sont délimités par des traits pointillés.
[0165]En figure 9, chaque pixels Pixl comprend quatre photosites PI configurés pour acquérir les échantillons respectifs C0-1, Cl-1, C2-1, et C3-1. En outre, chaque pixel Pix2 comprend quatre photosites P2 configurés pour acquérir les échantillons respectifs CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2.
[0166]La capture de quatre échantillons C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 par chaque pixel Pixl et de quatre échantillons C0- 2, Cl-2, C2-2 et C3-2 par chaque pixel Pix2 est mise en œuvre en une seule capture.
[0167]En figure 10, chaque pixel Pixl comprend deux photosites PI, un premier des deux photosites PI étant configuré pour acquérir deux échantillons, par exemple C0-1 et C2-1, et un deuxième des deux photosites PI étant configuré pour acquérir deux autres échantillons, par exemple Cl-1, C3-1. De manière similaire, chaque pixel
Pix2 comprend deux photosites P2, un premier des deux photosites P2 étant configuré pour acquérir deux échantillons, par exemple CO-2 et C2-2, et un deuxième des deux photosites P2 étant configuré pour acquérir deux autres échantillons, par exemple Cl-2, C3-2.
[0168]La capture de quatre échantillons C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 par chaque pixel Pixl et de quatre échantillons <30- 2, Cl-2, C2-2 et C3-2 par chaque pixel Pix2 est mise en œuvre en une seule capture.
[0169]En figure 11, chaque pixel Pixl comprend deux photosites PI, un premier des deux photosites PI étant configuré pour acquérir deux échantillons lors de deux captures successives A (à gauche en figure 11) et B (à droite en figure 11), par exemple l'échantillon C0-1 lors de la capture A et l'échantillon C2-1 lors de la capture B, un deuxième des deux photosites PI étant configuré pour acquérir deux autres échantillons lors des deux captures successives A et B, par exemple l'échantillon Cl-1 lors de la capture A et l'échantillon C3-1 lors de la capture B. De manière similaire, chaque pixel Pix2 comprend deux photosites P2, un premier des deux photosites P2 étant configuré pour acquérir deux échantillons lors des deux captures successives A et B, par exemple l'échantillon CO-2 lors de la capture A et l'échantillon C2-2 lors de la capture B, un deuxième des deux photosites P2 étant configuré pour acquérir deux autres échantillons lors des deux captures successives A et B, par exemple l'échantillon Cl-2 lors de la capture A et l'échantillon C3-2 lors de la capture B.
[0170]La capture de quatre échantillons C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 par chaque pixel Pixl et de quatre échantillons C0- 2, Cl-2, C2-2 et C3-2 par chaque pixel Pix2 est mise en œuvre en deux captures A et B successives.
[0171]Dans le cas où k est strictement supérieur à 1, la personne du métier est en mesure de prévoir des pixels Pixl et Pix2 différents de ceux décrits à titre d'exemple en relation avec les figures 9 à 11, chaque pixel Pixl étant alors, par exemple, empilé et aligné sur un pixel Pix2 correspondant et ayant, de préférence, la même répartition spatiale d'échantillon que le pixel Pix2 correspondant. Par exemple, la personne du métier est en mesure de prévoir des pixels Pixl et Pix2 a un seul photosite configuré pour fournir quatre échantillons en quatre captures successives.
[0172]Les figures 12 à 15 illustrent des détails de mise en œuvre des modes de réalisation dans lesquels le nombre k est égal à 1.
[0173]Plus particulièrement, les figures 12 à 15 représentent chacune schématiquement un mode de réalisation de répartition spatiale des échantillons C0- 1, Cl-1, C2-1, C3-1 dans les pixels Pixl et des échantillons CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 dans les pixels
Pix2, pour des modes de réalisation dans lesquels le nombre k est égale à 1.
[0174]Chacune de ces figures représente, de manière alignée verticalement dans la figure, la répartition spatiale des échantillons dans les pixels Pixl du niveau W1 (en haut de la figure) et la répartition spatiale des échantillons dans les pixels Pix2 du niveau W2 (en bas de la figure). Dans ces figures, seules une partie de la matrice de photosites PI du niveau W1 et une partie de matrice de photosites P2 du niveau W2 sont représentées.
[0175]Dans ces figures, la répartition spatiale des échantillons C0-1, Cl-1, C2-1, C3-1 dans les pixels Pixl est identique à la répartition spatiale des échantillons respectivement CO-2, Cl-2, C2-2, C3-2 dans les pixels Pix2 Dit autrement, dans chaque pixel Pixl, la position relative, par rapport au centre O du pixel Pixl, d'un photosite PI qui acquiert l'échantillon C0-1, respectivement Cl-1, C2-1 et C3-1, est identique à la position relative, par rapport au centre O du pixel Pix2 correspondant, d'un photosite P2 qui acquiert l'échantillon CO-2, respectivement Cl-2, C2-2 et C3-2.
[0176]Dans les modes de réalisation illustrés par les figures 12 à 15, le capteur 12 ne comprend que des photosites PI et P2 pour la détermination d'une image de profondeur, et, de préférence, les lignes de photosites PI, P2 du capteur sont adjacentes deux à deux, les colonnes de photosites PI, P2 du capteur étant adjacentes deux à deux.
[0177]Dans ces figures 12 à 15, les lignes de photosites PI, P2 sont parallèles à la direction y et les colonnes de photosites PI, P2 sont parallèles à la direction x, les niveaux W1 et W2 étant empilés dans la direction z.
[0178]Dans ces figures 12 à 15, les pixels Pixl et Pix2 sont délimités par des traits pleins, et, dans chaque pixel Pixl, Pix2, les photosites du pixel sont délimités par des traits pointillés.
[0179]En figure 12, un seul pixel Pix2 est entièrement représenté, et, bien que quatre pixels Pixl soient entièrement représentés, le seul pixel Pixl référencé est celui qui est associé au pixel Pix2 entièrement représenté
[0180]En figure 12, chaque pixel Pixl comprend quatre photosites PI configurés pour acquérir les échantillons respectifs C0-1, Cl-1, C2-1, et C3-1. En outre, chaque pixel Pix2 comprend quatre photosites P2 configurés pour acquérir les échantillons respectifs CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2. La capture de quatre échantillons C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 par chaque pixel Pixl et de quatre échantillons CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 par chaque pixel Pix2 est alors mise en œuvre en une seule capture.
[0181]En outre, en figure 12, le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé.
[0182]Plus particulièrement, dans cet exemple, le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'une ligne de photosites PI, P2 et d'une colonne de photosite PI, P2 par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé. Dit autrement, le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite dans la direction x et d'un photosite dans la direction y par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé.
[0183]Il en résulte que le pas de répétition des photosites PI, P2 configurés pour acquérir les échantillons C0-1, CO-2, respectivement Cl-1, Cl-2 ; C2-1, C2-2 ; et C3-1, C3-2 est égale à 1 dans la direction x et dans la direction y. Cela permet que la carte de profondeur générée par le circuit 20 (figure 1) soit plus précise spatialement dans la direction x et dans la direction y.
[0184]Dans un autre exemple non illustré, le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite uniquement dans la direction x par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé, ce qui permet que la carte de profondeur générée par le circuit 20 soit plus précise spatialement dans la direction x.
[0185]Dans encore un autre exemple non illustré, le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite uniquement dans la direction y par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé, ce qui permet que la carte de profondeur générée par le circuit 20 (figure 1) soit plus précise spatialement dans la direction y. [0186]Dans l'exemple de la figure 12, le décalage des centres O des pixels Pix2 par rapport au centre O des pixels Pixl auxquels ils sont associés est mis en œuvre à chaque capture, et est le même à chaque capture.
[0187]A titre d'exemple, le décalage des centres O des pixels Pix2 par rapport au centre O des pixels Pixl auxquels ils sont associés est, par exemple, mis en œuvre par le circuit de commande des pixels Pixl et Pix2, au moyen des signaux de commande que ce circuit fournit aux photosites PI et P2.
[0188]En figure 13, un seul pixel Pixl et un seul pixel Pix2 associés l'un avec l'autre sont référencés.
[0189]En figure 13, chaque pixel Pixl comprend quatre photosites PI configurés pour acquérir les échantillons respectifs C0-1, Cl-1, C2-1, et C3-1. En outre, chaque pixel Pix2 comprend quatre photosites P2 configurés pour acquérir les échantillons respectifs CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2. La capture de quatre échantillons C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 par chaque pixel Pixl et de quatre échantillons CO-2, Cl-2, C2-2 et C3-2 par chaque pixel Pix2 est alors mise en œuvre en une seule capture.
[0190]En figure 13, on considère deux captures successives C et D. La figure 13 illustre le cas où, entre les deux captures C et D, le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé.
[0191]Dans cet exemple, lors de la capture C (à gauche en figure 13), le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite, ici dans la direction y, par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé. Lors de la capture C, le pas de répétition des photosites PI, P2 configurés pour acquérir les échantillons C0-1, CO-2, respectivement Cl-1, Cl-2 ; C2-1, C2-2 ; et C3-1, C3-2 est égale à 1 dans la direction y et à 2 dans la direction x. Lors de la capture D (à droite en figure 13), le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite, ici dans la direction x, par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé. Lors de la capture C, le pas de répétition des photosites PI, P2 configurés pour acquérir les échantillons CO-1, CO-2, respectivement Cl-1, Cl-2 ; C2-1, C2-2 ; et C3-1, C3-2 est égale à 2 dans la direction y et à 1 dans la direction x.
[0192]Il en résulte que, sur l'ensemble des deux captures C et D, le pas de répétition des photosites PI, P2 configurés pour acquérir les échantillons CO-1 et CO-2, respectivement Cl-1 et Cl-2, C2-1 et C2-2, et C3-1 et C3- 2 est égale à 1 dans la direction x et dans la direction y·
[0193]L'exemple illustré par la figure 13 correspond au cas où, à chaque deux captures C et D successives, le décalage du centre O de chaque pixel Pix2 par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé est différent pour chacune des deux captures C et D. A titre d'exemple, ce décalage est mis en œuvre par le circuit de commande des pixels Pixl et Pix2, au moyen des signaux de commande que ce circuit fournit aux photosites PI et P2, par exemple en modifiant, entre les deux captures C et D, les signaux de commande fournis aux photosites P2 et/ou PI.
[0194]Dans d'autres exemples non illustrés, lors de la capture C, le centre O de chaque pixel Pix2 est aligné avec le centre O du pixel Pixl auquel il est associé, et, lors de la capture D, le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite dans la direction x et/ou d'un photosite dans la direction y par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé. Dit autrement, cela correspond au cas où, à chaque deux capture C et D successives, le décalage du centre O de chaque pixel Pix2 par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé est mis en œuvre uniquement pour l'une des deux captures. A titre d'exemple, ce décalage est mis en œuvre par le circuit de commande des pixels Pixl et Pix2, au moyen des signaux de commande que ce circuit fournit aux photosites PI et P2, par exemple en modifiant, entre les deux captures C et D, les signaux de commande fournis aux photosites P2 et/ou PI.
[0195]En outre, bien que l'on ait décrit en relation avec la figure 13 le cas où le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite dans la direction x et/ou d'un photosite dans la direction y entre deux captures C et D successives, sans décalage du centre O du pixel Pixl auquel ce pixel Pix2 est associé, il est également possible de décaler, entre ces deux captures successives C et D, le centre O de chaque pixel Pixl, avec ou sans décalage du centre O du pixel Pix2 auquel ce pixel Pixl est associé. A titre d'exemple, ce décalage est mis en œuvre par le circuit de commande des pixels Pixl et Pix2, au moyen des signaux de commande que ce circuit fournit aux photosites PI et P2, par exemple en modifiant, entre les deux captures C et D, les signaux de commande fournis aux photosites P2 et/ou PI.
[0196]En figure 14, un seul pixel Pixl et un seul pixel Pix2 associés l'un avec l'autre sont référencés.
[0197]En figure 14, chaque pixel Pixl comprend deux photosites PI, l'un des deux photosites PI étant configuré pour acquérir deux échantillons, par exemple C0-1 et C2- 1, et l'autre des deux autres photosites PI étant configuré pour acquérir deux autres échantillons, par exemple Cl-1 et C3-1. De manière similaire, chaque pixel Pix2 comprend deux photosites P2, l'un des photosites P2 étant configuré pour acquérir deux échantillons, par exemple CO-2 et C2-2, et l'autre des deux photosites P2 étant configuré pour acquérir deux autres échantillons, par exemple Cl-2 et C3-2.
[0198]La capture de quatre échantillons C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 par chaque pixel Pixl et de quatre échantillons <30- 2, Cl-2, C2-2 et C3-2 par chaque pixel Pix2 est mise en œuvre en une seule capture.
[0199]Dans l'exemple de la figure 14, les deux photosites PI de chaque pixel Pixl sont disposés côte à côte dans la direction y, et, de manière similaire, les deux photosites P2 de chaque pixel Pix2 sont disposés côte à côte dans la direction y. Il en résulte que le pas de répétition spatiale des photosites PI, P2 configurés pour acquérir les échantillons les échantillons C0-1, CO-2, respectivement Cl-1, Cl-2 ; C2-1, C2-2 ; et C3-1, C3-2 est égal à 1 dans la direction x. En outre, le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite, dans cet exemple dans la direction y, par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé. Il en résulte que le pas de répétition spatiale des photosites PI, P2 configurés pour acquérir les échantillons C0-1, CO-2, respectivement Cl-1, Cl-2 ; C2-1, C2-2 ; et C3-1, C3-2 est également égal à 1 dans la direction y.
[0200]Dans un autre exemple non illustré, les deux photosites PI de chaque pixel Pixl sont disposés côte à côte dans la direction x, les deux photosites P2 de chaque pixel Pix2 sont disposés côte à côte dans la direction x, et le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite dans la direction x par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé. Il en résulte que le pas de répétition spatiale des photosites PI, P2 configurés pour acquérir les échantillons C0-1, CO-2, respectivement Cl-1, Cl-2 ; C2-1, C2-2 ; et C3-1, C3-2 est égal à 1 dans la direction x et à 1 dans la direction y·
[0201]En la figure 14, le décalage des centres O des pixels Pix2 par rapport aux centres O des pixels Pixl auxquels ils sont associés est mis en œuvre à chaque capture, et est identique à chaque capture.
[0202]A titre d'exemple, le décalage des centres O des pixels Pix2 par rapport au centre O des pixels Pixl auxquels ils sont associés est, par exemple, mis en œuvre par le circuit de commande des pixels Pixl et Pix2, au moyen des signaux de commande que ce circuit fournit aux photosites PI et P2.
[0203]En figure 15, un seul pixel Pixl et un seul pixel Pix2 associés l'un avec l'autre sont référencés.
[0204]En figure 15, chaque pixel Pixl comprend deux photosites PI, l'un des deux photosites PI étant configuré pour acquérir deux échantillons lors de deux captures successives E (à gauche en figure 15) et F (à droite en figure 15), par exemple l'échantillon C0-1 lors de la première capture E et l'échantillon C2-1 lors de la deuxième capture F, l'autre des deux photosites PI du pixel Pixl étant configuré pour acquérir deux autres échantillons lors des deux captures successives E et F, par exemple l'échantillon Cl-1 lors de la première capture E et l'échantillon C3-1 lors de la deuxième capture F. De manière similaire, chaque pixel Pix2 comprend deux photosites P2, l'un des deux photosites P2 du pixel Pix2 étant configuré pour acquérir deux échantillons lors des deux captures successives E et F, par exemple l'échantillon CO-2 lors de la première capture E et l'échantillon C2-2 lors de la deuxième capture F, l'autre des deux autres photosites P2 du pixel Pix2 étant configuré pour acquérir deux autres échantillons lors des deux captures successives E et F, par exemple l'échantillon Cl-2 lors de la première capture E et l'échantillon C3-2 lors de la deuxième capture F. La capture de quatre échantillons C0-1, Cl-1, C2-1 et C3-1 par chaque pixel Pixl et de quatre échantillons CO-2, Cl- 2, C2-2 et C3-2 par chaque pixel Pix2 est alors mise en œuvre lors des deux captures successives E et F.
[0205]Dans l'exemple de la figure 15, les deux photosites PI de chaque pixel Pixl sont disposés côte à côte dans la direction y, et, de manière similaire, les deux photosites P2 de chaque pixel Pix2 sont disposés côte à côte dans la direction y. Il en résulte que, sur l'ensemble des deux captures E et F, le pas de répétition spatiale des photosites PI, P2 configurés pour acquérir les échantillons les échantillons C0-1 et CO-2, respectivement Cl-1 et Cl-2, C2-1 et C2-2, et C3-1 et C3-
2 est égal à 1 dans la direction x. En outre, dans l'exemple de la figure 15, le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite, dans cet exemple dans la direction y, par rapport au centre O du pixel Pixl auquel il est associé. Il en résulte que, sur l'ensemble des deux captures E et F, le pas de répétition spatiale des photosites PI, P2 configurés pour acquérir les échantillons les échantillons C0-1 et CO-2, respectivement Cl-1 et Cl-2, C2-1 et C2-2, et C3-1 et C3- 2 est également égal à 1 dans la direction y.
[0206]Dans un autre exemple non illustré, les deux photosites PI de chaque pixel Pixl sont disposés côte à côte dans la direction x, les deux photosites P2 de chaque pixel Pix2 sont disposés côte à côte dans la direction x, et le centre O de chaque pixel Pix2 est décalé d'un photosite dans la direction x par rapport au centre 0 du pixel Pixl auquel il est associé. Il en résulte que, sur l'ensemble des deux captures E et F, le pas de répétition spatiale des photosites PI, P2 configurés pour acquérir les échantillons les échantillons C0-1 et CO-2, respectivement Cl-1 et Cl-2, C2-1 et C2-2, et C3-1 et C3- 2 est également égal à 1 dans la direction y et dans la direction x.
[0207]Le décalage des centres O des pixels Pix2 par rapport au centre O des pixels Pixl auxquels ils sont associés est mis en œuvre à chaque capture, et est le même à chaque capture .
[0208]A titre d'exemple, le décalage des centres O des pixels Pix2 par rapport au centre O des pixels Pixl auxquels ils sont associés est, par exemple, mis en œuvre par le circuit de commande des pixels Pixl et Pix2, au moyen des signaux de commande que ce circuit fournit aux photosites PI et P2.
[0209]Dans tous les modes de réalisation et variantes décrits précédemment, chaque ligne de photosites PI est empilée sur une ligne de photosites P2, l'empilement d'une ligne de photosites PI et d'une ligne de photosite P2 formant une ligne L de photosites de profondeur du capteur, et chaque colonne de photosites PI est empilée sur une colonne de photosite P2, l'empilement d'une colonne de photosites PI sur une colonne de photosites P2 formant une colonne R de photosites de profondeur du capteur 12. En outre, dans ces modes de réalisation et variantes, le capteur 12 est configuré pour faire l'acquisition d'une image de profondeur, mais pas d'une image 2D. Dans ce cas, de préférence, deux lignes L successives sont adjacentes, c'est-à-dire disposées directement l'une à côté de l'autre, deux colonnes R successives de photosites de profondeur du capteur 12 étant adjacentes.
[0210]Toutefois, en plus de faire l'acquisition d'une image de profondeur, le capteur 12 du dispositif 10 représenté en figure 1 peut être apte à faire l'acquisition d'une image 2D.
[0211]La figure 16 est une vue en coupe et en perspective illustrant de façon schématique et partielle un mode de réalisation d'un capteur 12 d'une image 2D et d'une image de profondeur d'une scène.
[0212]En figure 16, seul le substrat 100 du niveau de détection W1 et le substrat 130 du niveau de détection W2 sont représentés.
[0213]Par rapport aux modes de réalisation et variantes décrits précédemment dans lesquels le capteur 12 ne comprenait que des photosites PI et P2 de profondeur, dans le mode de réalisation de la figure 16, le capteur 12 comprend en outre des pixels d'image 2D référencés P3. Dans le mode de réalisation de la figure 12, des pixels P3 sont disposés dans et sur le substrat 100 et des pixels P3 sont disposés dans et sur le substrat 130. Dans des variantes non illustrées, les pixels P3 sont tous disposés dans et sur le substrat 100.
[0214]En outre, par rapport aux modes de réalisation et variantes précédemment décrits où deux colonnes R successives sont adjacentes et où deux lignes L successives sont adjacentes, dans le présent mode de réalisation, des lignes de pixels P3 sont intercalées entre chaque deux lignes L successives, et des colonnes de pixels P3 sont intercalées entre chaque deux colonnes R successives. [0215]Chaque pixel P3 est adapté à mesurer une intensité lumineuse dans une gamme donnée de longueurs d'onde visibles. Pour cela, et bien que cela ne soit pas détaillé en figure 12, chaque pixel P3 comprend un élément photosensible, par exemple une photodiode, formé dans le substrat 100 ou 130 du niveau respectivement W1 ou W2 auquel appartient ce pixel P3.
[0216]De préférence, le capteur 12 est configuré pour faire l'acquisition d'une image 2D en couleur. Dans ce cas, les pixels P3 sont de différents types, chaque type de pixels P3 étant adapté à mesurer une intensité lumineuse dans une gamme donnée de longueurs d'onde visibles, distincte de celles des autres types de pixels P3. Chaque pixel P3 comprend alors un filtre couleur, par exemple en une résine colorée, en vis-à-vis de la photodiode du pixel P3, le filtre étant configuré pour ne transmettre que les longueurs d'onde de la lumière appartenant à la plage de longueurs d'onde pour laquelle le pixel P3 mesure l'intensité lumineuse.
[0217]Dans le cas du mode de réalisation de la figure 16 où chaque niveau W1 et W2 comprend des pixels P3, de préférence, deux pixels P3 empilés l'un sur l'autre partagent un même filtre couleur, et le filtre couleur repose sur le substrat 100 qui reçoit la lumière incidente avant le substrat 130, et, plus particulièrement du côté de la face du substrat 100 qui reçoit la lumière incidente A titre de variante, chaque pixel P3 peut avoir son propre filtre couleur, ce dernier reposant sur le substrat 100 ou 130 dans et sur lequel le pixel P3 est formé, du côté de la face de ce substrat 100 ou 130 qui reçoit la lumière incidente .
[0218]Dans un autre mode de réalisation non illustré, seul le niveau W1 comprend des pixels P3. Dans ce cas, le filtre couleur de chaque pixel P3 repose sur le substrat 100, du côté de la face du substrat 100 qui reçoit la lumière incidente.
[0219]A titre d'exemple, le capteur 12 comprend trois types de pixels P3, des premiers pixels P3 appelés pixels bleus, comprenant un filtre couleur transmettant préférentiellement de la lumière bleue, des deuxièmes pixels P3 appelés pixels rouges, comprenant un filtre couleur transmettant préférentiellement de la lumière rouge, et des troisièmes pixels P3 appelés pixels verts, comprenant un filtre couleur transmettant préférentiellement de la lumière verte. Sur la figure 16, les différents types de pixels P3 ne sont pas différenciés
[0220]A titre de variante, le capteur 12 est configuré pour capturer une image 2D monochromatique, auquel cas les filtres couleur des pixels P3 peuvent être omis.
[0221]La personne du métier est en mesure d'adapter la description faite en relation avec les figures 3 et 9 à 15 dans le cas où les lignes L sont adjacentes deux à deux et les colonnes R sont adjacentes deux à deux, au cas de la figure 16 où chaque deux lignes L successives sont séparées l'une de l'autre par une ou plusieurs lignes de pixel P3, et chaque deux colonnes R successives sont séparées l'une de l'autre par une ou plusieurs colonnes de pixels P3. Dit autrement, la personne du métier est en mesure d'adapté cette description au cas où chaque ligne L est séparée d'une ligne L suivante par une ou plusieurs lignes de pixel P3, et chaque colonne R est séparée d'une colonne R suivante par une ou plusieurs colonnes de pixels P3.
[0222]Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier.
[0223]En particulier, les pixels et les photosites ont été représentés dans les diverses figures avec des formes, en vue de dessus, carrées ou rectangulaires. Toutefois, la personne du métier pourra prévoir d'autres formes de pixels et/ou de photosites, par exemple des photosites ayant, en vue de dessus, des formes triangulaires.
[0224]En outre, la personne du métier est mesure d'adapter la description faite ci-dessus pour le cas d'un capteur basé sur l'acquisition de quatre échantillons par pixel de profondeur pour calculer une distance d pour ce pixel, au cas d'un capteur basé sur l'acquisition de seulement trois échantillons par pixel pour calculer une distance d pour ce pixel.
[0225]Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, la personne du métier est en mesure de concevoir le circuit de commande des pixels Pixl, Pix2 permettant de mettre en œuvre les divers exemples de modes de réalisation et variantes décrits.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (10) d'acquisition d'une image de profondeur d'une scène, comprenant un capteur (12) d'un signal lumineux réfléchi correspondant à la réflexion sur la scène d'un signal lumineux incident, dans lequel :
- le capteur (12) comprend un premier niveau de détection
(Wl) empilé sur un deuxième niveau de détection (W2) ;
- chaque niveau de détection (Wl ; W2) comprend une matrice de pixels de profondeur (Pixl ; Pix2), chaque pixel de profondeur (Pixl ; Pix2) dudit niveau (Wl ; W2) comprenant au moins un photodétecteur (101 ; 131) et étant configuré pour acquérir au moins des premiers (C0-1 ; CO-2), deuxièmes (Cl-1 ; Cl-2) et troisièmes (C2-1 ; C2-3) échantillons de charges photogénérées dans ledit pixel pendant des premières (C0-1 ; CO-2), deuxièmes (Cl-1 ; <31- 2) et troisièmes (C2-1 ; C2-3) durées respectives, les premières, deuxièmes et troisièmes durées dudit niveau (Wl ; W2) étant périodiques selon une première fréquence (Fmodl ; Fmod2) dudit niveau,
- chaque photodétecteur (101) du premier niveau (Wl) est superposé sur un photodétecteur (131) du deuxième niveau (W2) , et
- la première fréquence (Fmod2) du deuxième niveau (W2) est égale à k fois la première fréquence (Fmodl) du premier niveau (Wl), avec k un nombre supérieur ou égal à 1, le dispositif comprenant en outre un circuit de calcul (20) configuré pour calculer, pour chaque pixel de profondeur de chacun des premier et deuxième niveaux, une distance à partir des premiers, deuxièmes et troisièmes échantillons dudit pixel de profondeur, et, à partir desdites distances calculées, une carte de profondeur de la scène.
2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre un circuit de commande des pixels de profondeur.
3.Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le nombre k est strictement supérieur à 1.
4.Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le nombre k est un entier.
5.Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le nombre k est strictement supérieur à 7.
6.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, comprenant une source lumineuse (16) configurée pour fournir le signal lumineux incident de sorte que : le signal lumineux incident comprenne un premier signal lumineux à une première longueur d'onde et un deuxième signal lumineux à une deuxième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde, le premier signal lumineux soit modulé en amplitude à la première fréquence (Fmodl) du premier niveau (Wl), et le deuxième signal lumineux soit modulé en amplitude à la première fréquence (Fmod2) du deuxième niveau (W2).
7.Dispositif selon la revendication 6, comprenant un filtre disposé entre les premier et deuxième niveaux (Wl, W2) du capteur (12), configuré pour bloquer le premier signal lumineux et laisser passer le second signal lumineux.
8.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, comprenant en outre une source lumineuse (16) configurée pour fournir le signal lumineux incident modulé en amplitude simultanément à la première fréquence (Fmodl) du premier niveau (Wl) et à la première fréquence (Fmod2) du deuxième niveau (W2).
9.Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le nombre k est déterminé de sorte que la contribution de la première fréquence (Fmodl) du premier niveau (Wl) sur une mesure, par le deuxième niveau (W2), de la première fréquence (Fmod2) du deuxième niveau (W2) dans le signal réfléchi soit inférieure à une valeur cible.
10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le nombre k est supérieur ou égal à 20.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, dans lequel chaque pixel de profondeur (Pixl) du premier niveau (Wl) est associé à un pixel de profondeur (Pix2) correspondant du deuxième niveau (W2).
12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel chaque pixel de profondeur (Pixl) du premier niveau (Wl) est empilé sur le pixel de profondeur (Pix2) du deuxième niveau (W2) auquel il est associé.
13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel, pour chaque empilement d'un pixel de profondeur (Pixl) du premier niveau (Wl) sur un pixel de profondeur (Pix2) du deuxième niveau (W2), le circuit de calcul est configuré pour lever une incertitude sur la distance calculée pour le pixel de profondeur (Pix2) du deuxième niveau (W2) à partir de la distance calculée pour le pixel de profondeur (Pixl) du premier niveau (Wl).
14. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel : k est égal à 1, chaque pixel de profondeur (Pixl ; Pix2) comprend au moins deux photodétecteurs (101 ; 131), chaque pixel de profondeur (Pixl) du premier niveau (Wl) est associé à un pixel de profondeur (Pix2) correspondant du deuxième niveau (W2), et les centres (O) des pixels de profondeur (Pixl) du premier niveau (Wl) sont décalés par rapport aux centres (O) des pixels de profondeur (Pix2) correspondants du deuxième niveau (W2).
15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel : le décalage est constant à chaque capture ; ou à chaque deux captures successives, le décalage est mis en œuvre pour une seule des deux captures ; ou à chaque deux captures successives le décalage est différent entre les deux captures.
16. Dispositif selon la revendication 14 ou 15 prise dans sa dépendance à la revendication 2, dans lequel le circuit de commande des pixels de profondeur (Pixl, Pix2) est configuré pour mettre en œuvre ledit décalage.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel le circuit de calcul (20) est configuré pour améliorer la précision de la carte de profondeur dans une direction du décalage des centres (O) des pixels de profondeur (Pixl) du premier niveau (Wl) par rapport aux centres (O) des pixels de profondeur (Pix2) correspondants du deuxième niveau (W2).
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, dans lequel : les photodétecteurs (101 ; 131) des pixels de profondeur
(Pixl, Pix2) sont organisés en lignes (L) et en colonnes (R), les lignes (L) sont orthogonales aux colonnes (R), les lignes et les colonnes sont orthogonales à une direction (z) d'empilement du premier niveau (Wl) sur le deuxième niveau (W2), et ledit décalage correspond à un décalage d'une ligne (L) et/ou d'une colonne (R).
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
14 à 18, comprenant en outre un circuit configuré pour synchroniser les premières, deuxièmes et troisièmes durées (C0-1, Cl-1, C2-1) du premier niveau (Wl) avec, respectivement, les premières, deuxièmes et troisièmes durées (CO-2, Cl-2, C2-2) du deuxième niveau (W2).
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
14 à 19, comprenant en outre une source lumineuse (16) configurée pour fournir le signal lumineux incident modulé en amplitude à la première fréquence (Fmodl) uniquement.
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
1 à 20, dans lequel le capteur (12) est configuré pour recevoir le signal lumineux réfléchi du côté du premier niveau (Wl).
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, dans lequel au moins le premier niveau (Wl) comprend en outre des pixels (P3) d'image 2D.
23. Dispositif selon la revendication 22, dans lequel les photodétecteurs (101, 131) des pixels de profondeur (Pixl,
Pix2) sont organisés en lignes (L) et en colonnes (R), les lignes étant orthogonales aux colonnes, les lignes et les colonnes étant en outre orthogonales à une direction (z) d'empilement du premier niveau (Wl) sur le deuxième niveau (W2), et dans lequel les pixels d'image 2D (P3) sont disposés entre deux lignes successives et/ou entre deux colonnes successives.
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