Brevet FR3124276A1 — publié le 20221223

Capteur pour l'acquisition d'une carte de profondeur d'une scène La présente description concerne un capteur (12) d'un signal lumineux réfléchi pour acquérir une carte de profondeur de la scène. Chaque pixel de profondeur (Pix) du capteur comprend au moins une paire de photosites (P1-1, P2-1 ; P1-2, P2-2). Chaque paire de photosites (P1-1, P2-1 ; P1-2, P2-2) comprend un premier photosite (P1-1, ; P1-2) d'un premier substrat semiconducteur (100) et un deuxième photosite (P2-1, ; P2-2) d'un deuxième substrat (130) sur lequel est empilé le premier substrat (100). Chaque pixel (Pix) est configuré pour acquérir, pour chaque paire de photosites (P1-1, P2-1 ; P1-2, P2-2) du pixel (Pix), au moins un échantillon de charges photogénérées simultanément dans des éléments photosensibles (101, 131) des photosites (P1-1, P2-1 ; P1-2, P2-2) de ladite paire. Figure pour l'abrégé : Fig. 3 Capteur pour l'acquisition d'une carte de profondeur d'une scène La présente demande concerne le domaine des capteurs pour l'acquisition d'une carte, ou image, de profondeur d'une scène. Des capteurs 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 objets 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. Il existe un besoin de disposer d'un capteur d'images de profondeur palliant à toute ou partie des inconvénients des capteurs d'images de profondeur connus. Par exemple, il est souhaitable de disposer d'un capteur d'images de profondeur à haute résolution et à dimensions réduites. Par exemple, il serait souhaitable de disposer d'un capteur d'images de profondeur ayant une même résolution et des mêmes dimensions latérales qu'un capteur d'images de profondeur usuel, mais avec une sensibilité augmentée par rapport à ce capteur usuel. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des capteurs d'images de profondeur connus. Un mode de réalisation prévoit un capteur d'un signal lumineux réfléchi correspondant à la réflexion sur une scène d'un signal lumineux incident modulé en amplitude de façon périodique pour acquérir une carte de profondeur de la scène, le capteur comprenant des pixels de profondeur, dans lequel : chaque pixel de profondeur comprend au moins une paire de photosites ; chaque paire de photosites comprend un premier photosite comportant un premier élément photosensible disposé dans un premier substrat semiconducteur et un deuxième photosite comportant un deuxième élément photosensible disposé dans un deuxième substrat sur lequel est empilé le premier substrat semiconducteur ; et chaque pixel de profondeur est configuré pour acquérir : - au moins un premier échantillon de charges photogénérées dans les premier et deuxième éléments photosensibles d'une première paire de photosites dudit pixel par détection du signal lumineux réfléchi pendant des premières durées ; - au moins un deuxième échantillon de charges photogénérées dans les premier et deuxième éléments photosensibles d'une deuxième paire de photosites dudit pixel par détection du signal lumineux réfléchi pendant des deuxièmes durées décalées par rapport aux premières durées d'un premier déphasage constant ; et - au moins un troisième échantillon de charges photogénérées dans les premier et deuxième éléments photosensibles d'une troisième paire de photosites dudit pixel par détection du signal lumineux réfléchi pendant des troisièmes durées décalées par rapport aux premières durées d'un deuxième déphasage constant différent du premier déphasage. Selon un mode de réalisation, chaque premier élément photosensible de chaque pixel de profondeur est superposé sur un deuxième élément photosensible de préférence dudit pixel. Selon un mode de réalisation, chaque pixel de profondeur comprend autant de premiers éléments photosensibles que de deuxièmes éléments photosensibles. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel de profondeur, les première et troisième paires de photosites sont confondues. Selon un mode de réalisation, chaque pixel de profondeur est en outre configuré pour acquérir au moins un quatrième échantillon de charges photogénérées dans les premier et deuxième éléments photosensibles d'une quatrième paire de photosites dudit pixel par détection du signal lumineux réfléchi pendant des quatrièmes durées décalées par rapport aux premières durées d'un troisième déphasage constant différent des premier et deuxième déphasages. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel de profondeur, les troisième et quatrième paires de photosites sont confondues. Selon un mode de réalisation, dans chaque paire de photosites de chaque pixel de profondeur, le premier élément photosensible du premier photosite de ladite paire est empilé sur le deuxième élément photosensible du deuxième photosite de ladite paire. Selon un mode de réalisation : les premiers et deuxièmes photosites des pixels de profondeurs sont organisés en lignes et en colonnes ; et dans chaque pixel de profondeur, le premier photosite de chaque paire de photosites dudit pixel est décalé d'une ligne et/ou d'une colonne par rapport au deuxième photosite de ladite paire de photosites. Selon un mode de réalisation : chaque premier photosite comprend un premier noeud de lecture et au moins un premier circuit d'échantillonnage disposé dans et sur le premier substrat et couplant le premier noeud de lecture au premier élément photosensible du premier photosite ; et chaque deuxième photosite comprend un deuxième noeud de lecture et au moins un deuxième circuit d'échantillonnage disposé dans et sur le deuxième substrat et couplant le deuxième noeud de lecture au deuxième élément photosensible du deuxième photosite. Selon un mode de réalisation : chaque premier photosite comprend un premier circuit de sortie couplant le premier noeud de lecture du premier photosite à une première ligne de sortie du premier photosite ; et chaque deuxième photosite comprend un deuxième circuit de sortie couplant le deuxième noeud de lecture du deuxième photosite à une deuxième ligne de sortie du deuxième photosite. Selon un mode de réalisation, dans chaque paire de photosites, le deuxième noeud de détection du deuxième photosite est connecté directement au premier noeud de lecture du premier photosite. Selon un mode de réalisation, dans chaque paire de photosites, la première ligne de sortie du premier photosite est directement connectée à la deuxième ligne de sortie du deuxième photosite. Selon un mode de réalisation, le capteur comprend un circuit de traitement numérique configuré pour ajouter, par traitement numérique, pour chaque paire de photosites, les charges photogénérées dans le premier élément photosensible du premier photosite de ladite paire et les charges photogénérées dans le deuxième élément photosensible du deuxième photosite de ladite paire. Selon un mode de réalisation, le capteur comprend en outre des pixels d'image 2D disposés sur et dans l'un et/ou l'autre des premier et deuxième substrats. Selon un mode de réalisation, le capteur comprend en outre un circuit de commande configuré, pour chaque paire de photosites de chaque pixel, pour commander de manière identique et simultanée les premier et deuxième photosites de ladite paire de photosites. Un mode de réalisation prévoit un système d'acquisition d'une image de profondeur comprenant le capteur décrit, une source lumineuse configurée pour émettre le signal lumineux incident modulé en amplitude de façon périodique, et un processeur configuré pour déterminer, à partir des premier, deuxième, et troisième échantillons, un déphasage entre le signal lumineux incident et le signal lumineux réfléchi. Selon un mode de réalisation, chaque pixel de profondeur du capteur est configuré pour acquérir au moins un quatrième échantillon de charges photogénérées dans les premier et deuxième éléments photosensibles d'une quatrième paire de photosites dudit pixel par détection du signal lumineux réfléchi pendant des quatrièmes durées décalées par rapport aux premières durées d'un troisième déphasage constant différent des premier et deuxième déphasages, et le processeur est configuré pour déterminer, à partir des premier, deuxième, troisième et quatrième échantillons, le déphasage entre le signal lumineux incident et le signal lumineux réfléchi. 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 : la représente schématiquement un mode de réalisation d'un système de formation d'une image de profondeur ; la est un graphique illustrant un exemple d’intensité lumineuse d’un signal lumineux émis et renvoyé selon un mode de réalisation ; la est une vue en coupe, partielle et schématique, illustrant un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'une image de profondeur ; la représente un diagramme de circuit illustrant un mode de réalisation d'une paire de photosites du dispositif de la ; la représente un diagramme de circuit illustrant un autre mode de réalisation d'une paire de photosites du dispositif de la ; la représente un diagramme de circuit illustrant encore un autre mode de réalisation d'une paire de photosites du dispositif de la ; la représente un diagramme de circuit illustrant encore un autre mode de réalisation d'une paire de photosites du dispositif de la ; la représente schématiquement un mode de réalisation d'agencement de photosites d'un pixel de profondeur ; la représente schématiquement un autre mode de réalisation d'agencement de photosites d'un pixel de profondeur ; la représente schématiquement encore un autre mode de réalisation d'agencement de photosites d'un pixel de profondeur ; la représente schématiquement encore un autre mode de réalisation d'agencement de photosites d'un pixel de profondeur ; et la est une vue en coupe et en perspective illustrant un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'une image 2D et d'une image de profondeur d'une scène. Capteur (12) d'un signal lumineux réfléchi correspondant à la réflexion sur une scène d'un signal lumineux incident modulé en amplitude de façon périodique pour acquérir une carte de profondeur de la scène, le capteur (12) comprenant des pixels de profondeur (Pix), dans lequel : chaque pixel de profondeur (Pix) comprend au moins une paire (Pi) de photosites (P1-i, P2-i) ; chaque paire (Pi) de photosites (P1-i, P2-i) comprend un premier photosite (P1-i) comportant un premier élément photosensible (101) disposé dans un premier substrat semiconducteur (100) et un deuxième photosite (P2-i) comportant un deuxième élément photosensible (131) disposé dans un deuxième substrat (130) sur lequel est empilé le premier substrat semiconducteur (100) ; et chaque pixel (Pix) de profondeur est configuré pour acquérir : - au moins un premier échantillon (C0) de charges photogénérées dans les premier et deuxième éléments photosensibles (101, 131) d'une première paire de photosites (P1-1, P2-1) dudit pixel (Pix) par détection du signal lumineux réfléchi pendant des premières durées ; - au moins un deuxième échantillon (C1) de charges photogénérées dans les premier et deuxième éléments photosensibles (101, 131) d'une deuxième paire de photosites (P1-2, P2-2) dudit pixel (Pix) par détection du signal lumineux réfléchi pendant des deuxièmes durées décalées par rapport aux premières durées d'un premier déphasage constant ; et - au moins un troisième échantillon (C2) de charges photogénérées dans les premier et deuxième éléments photosensibles (101, 131) d'une troisième paire de photosites (P1-3, P2-3 ; P1-1, P2-1) dudit pixel (Pix) par détection du signal lumineux réfléchi pendant des troisièmes durées décalées par rapport aux premières durées d'un deuxième déphasage constant différent du premier déphasage. Capteur selon la revendication 1, dans lequel chaque premier élément photosensible (101) de chaque pixel de profondeur (Pix) est superposé sur un deuxième élément photosensible (131) de préférence dudit pixel (Pix). Capteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque pixel de profondeur (Pix) comprend autant de premiers éléments photosensibles (101) que de deuxièmes éléments photosensibles (131). Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, dans chaque pixel de profondeur (Pix), les première et troisième paires de photosites (P1-1, P2-1) sont confondues. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque pixel de profondeur (Pix) est en outre configuré pour acquérir au moins un quatrième échantillon (C3) de charges photogénérées dans les premier et deuxième éléments photosensibles (101, 131) d'une quatrième paire de photosites (P1-4, P2-4 ; P1-2, P2-2) dudit pixel par détection du signal lumineux réfléchi pendant des quatrièmes durées décalées par rapport aux premières durées d'un troisième déphasage constant différent des premier et deuxième déphasages. Capteur selon la revendication 4 et 5, dans lequel, dans chaque pixel de profondeur (Pix), les troisième et quatrième paires de photosites (P1-2, P2-2) sont confondues. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, dans chaque paire (Pi) de photosites (P1-i, P2-i) de chaque pixel de profondeur (Pix), le premier élément photosensible (101) du premier photosite (P1-i) de ladite paire (Pi) est empilé sur le deuxième élément photosensible (131) du deuxième photosite (P2-i) de ladite paire (Pi). Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel : les premiers et deuxièmes photosites (P1-i, P2-i) des pixels de profondeurs (Pix) sont organisés en lignes (L) et en colonnes (R) ; et dans chaque pixel de profondeur (Pix), le premier photosite (P1-i ; P1-1) de chaque paire (Pi) de photosites (P1-i, P2-i ; P1-1, P2-1) dudit pixel (Pix) est décalé d'une ligne (L) et/ou d'une colonne (R) par rapport au deuxième photosite (P2-i ; P2-1) de ladite paire (Pi) de photosites (P1-i, P2-i ; P1-1, P2-1). Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel : chaque premier photosite (P1-i) comprend un premier noeud de lecture (SN1-i ; SN'1-i) et au moins un premier circuit d'échantillonnage (304 ; 322) disposé dans et sur le premier substrat (100) et couplant le premier noeud de lecture (SN1-i ; SN'1-i) au premier élément photosensible (101) du premier photosite (P1-i) ; et chaque deuxième photosite (P2-i) comprend un deuxième noeud de lecture (SN2-i, SN'2-i) et au moins un deuxième circuit d'échantillonnage (304 ; 322) disposé dans et sur le deuxième substrat (130) et couplant le deuxième noeud de lecture (SN2-i ; SN'2-i) au deuxième élément photosensible (131) du deuxième photosite (P2-i). Capteur selon la revendication 9, dans lequel : chaque premier photosite (P1-i) comprend un premier circuit de sortie (310, 312, 314 ; 332, 334, 336) couplant le premier noeud de lecture (SN1-i ; SN'1-i) du premier photosite (P1-i) à une première ligne de sortie (3161-i ; 3381-i) du premier photosite (P1-i) ; et chaque deuxième photosite (P2-i) comprend un deuxième circuit de sortie (310, 312, 314 ; 332, 334, 336) couplant le deuxième noeud de lecture (SN2-i ; SN'2-i) du deuxième photosite (P2-i) à une deuxième ligne de sortie (3162-i ; 3382-i) du deuxième photosite (P2-i). Capteur selon la revendication 9 ou 10, dans lequel, dans chaque paire (Pi) de photosites (P1-i, P2-i), le deuxième noeud (SN2-i ; SN'2-i) de détection du deuxième photosite (P2-i) est connecté directement au premier noeud de lecture (SN1-i ; SN'1-i) du premier photosite (P1-i). Capteur selon la revendication 10, dans lequel, dans chaque paire (Pi) de photosites (P1-i, P2-i), la première ligne de sortie (3161-i ; 3381-i) du premier photosite (P1-i) est directement connectée à la deuxième ligne de sortie (3162-i ; 3382-i) du deuxième photosite (P2-i). Capteur selon la revendication 10, dans lequel le capteur (12) comprend un circuit de traitement numérique (20) configuré pour ajouter, par traitement numérique, pour chaque paire (Pi) de photosites (P1-i, P2-i), les charges photogénérées dans le premier élément photosensible (101) du premier photosite (P1-i) de ladite paire (Pi) et les charges photogénérées dans le deuxième élément photosensible (131) du deuxième photosite (P2-i) de ladite paire (Pi). Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le capteur (12) comprend en outre des pixels d'image 2D (P3) disposés sur et dans l'un et/ou l'autre des premier et deuxième substrats (100, 130). Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant en outre un circuit de commande configuré, pour chaque paire de photosites de chaque pixel, pour commander de manière identique et simultanée les premier et deuxième photosites de ladite paire de photosites. Système (10) d'acquisition d'une image de profondeur comprenant le capteur (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, une source lumineuse (16) configurée pour émettre le signal lumineux incident modulé en amplitude de façon périodique, et un processeur (20) configuré pour déterminer, à partir des premier (C0), deuxième (C1), et troisième (C2) échantillons, un déphasage entre le signal lumineux incident et le signal lumineux réfléchi. Système d'acquisition selon la revendication 16, dans lequel le capteur (12) est selon la revendication 5 ou 6, et dans lequel le processeur (20) est configuré pour déterminer, à partir des premier (C0), deuxième (C1), troisième (C2) et quatrième (C3) échantillons, le déphasage entre le signal lumineux incident et le signal lumineux réfléchi.