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Le module de mesure à distance ToF de STMicroelectronics se dote d’une fonction multizone

Publié le 29 octobre 2020 à 12:48 par François Gauthier        Sous-système STMicroelectronics

STMicroelectronics VL53L5

STMicroelectronics a décidé d’élargir son portefeuille de capteurs FlightSense pour la détection de distance par mesure du temps de vol (ToF, Time of Flight) de la lumière, avec un module doté de 64 zones. Une première sur le marché, selon la société de semi-conducteurs. Ce module est capable de décomposer une scène en différentes parties pour permettre à un système d’imagerie de créer la représentation spatiale d’une scène de façon détaillée.

Le module se compose d’un laser miniature (VCSEL, diode laser à cavité verticale émettant par la surface) à 940 nm, d’un capteur monté sur puce (SoC) intégrant l’alimentation de la source lumineuse laser, d’une matrice de diodes à avalanche à photon unique ainsi qu’un cœur de microcontrôleur 32 bits basse consommation avec accélérateur pour le traitement interne des données. Le capteur VL53L5 intégré bénéficie de la certification de classe 1 décernée à tous les capteurs de la famille FlightSense de ST, attestant qu’il est totalement sans danger pour les yeux, une fois embarqué dans les produits du marché.

Intégré dans un module miniature (6,4 x 3,0 x 1,5 mm), le VL53L5 contient les éléments optiques nécessaires pour la création de 64 zones de détection dans l’espace, ouvrant ainsi la voie à un large éventail de fonctionnalités et d’utilisations. Il intègre à la fois des lentilles d’émission et réception dans le module et étend son champ de vision à une diagonale de 61 degrés.

Particulièrement adapté à la détection d’objets décentrés, ce large champ de vision assure une mise au point automatique optimale dans les angles de l’image. En cas d’utilisation de l’autofocus laser, le capteur collecte des données de télémétrie jusqu’à 64 zones couvertes par l’ensemble du champ de vision afin de permettre, en particulier, l’utilisation de la mise au point tactile (touch-to-focus).

Un niveau de flexibilité supplémentaire est rendu possible par la matrice de diodes à avalanche pour la détection d’un photon unique (SPAD, Single-Photon Avalanche Diode) qui peut être réglée soit pour une résolution spatiale où toutes les 64 zones sont traitées à la cadence maximale de 15 images/seconde, soit pour une distance de détection maximale, le capteur produisant 4x4/16 zones à une fréquence de 60 images/seconde.

L’augmentation du champ de vision et de la résolution de la caméra permet ainsi d’intégrer de nouvelles fonctionnalités dans les systèmes d’imagerie qui équipent les produits grand public : mise au point tactile (touch-to-focus), identification de plusieurs objets pour l’autofocus, atténuation du flash, assistance du mode vidéo, etc.

L’architecture du VL53L5 permet en outre d’autocalibrer chaque zone de détection et de s’affranchir ainsi des reflets de la vitre de projection au-dessus du capteur. Quant au principe “direct Time of Flight”, il permet de détecter plusieurs objets dans une même zone du champ de vision. Enfin le capteur VL53L5 rassemble les données brutes collectées par le réseau SPAD mais effectue aussi le post-traitement à l’aide d'un microcontrôleur pour transmettre ensuite les mesures de distance finales via un bus I²C ou SPI au système hôte. Une solution qui évite de recourir à une interface caméra spécifique ou à un microprocesseur externe.

« Le capteur de distance multizone par mesure directe du temps de vol de la lumière FlightSense VL53L5 utilise notre technologie de production SPAD en 40 nm la plus avancée pour offrir une précision télémétrique jusqu’à 4 mètres et jusqu’à 64 zones de détection, ce qui permet à un système d’imagerie de constituer une représentation spatiale détaillée de la scène, précise Éric Aussedat, directeur général de la division Imaging de ST. En proposant 64 fois plus de zones de détection que les modèles disponibles jusqu’à ce jour, ce capteur améliore les performances d’applications telles que l’autofocus, la mise au point tactile, la détection de présence ou les interfaces gestuelles. »

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