Sony et Toshiba lancent des imageurs à illumination par l'arrière 720p et 1080p destinés aux caméras en face avant des smartphones et des tablettes numériques.
I naugurée en 2010, la technologie BSI ( Back Side Illumination, illumination par l'arrière) poursuit sa conquête des imageurs Cmos. Ses initiateurs n'ont pas à s'en plaindre. En témoignent les ventes de capteurs d'images de Sony ou d'Omnivision, en forte hausse (1) .Rappelons que dans un capteur BSI, les photons transitent par le substrat - affiné pour la circonstance –et s'évitent donc les pérégrinations perturbatrices inhérentes aux classiques imageurs FSI ( Front Side Illumination ) dans lesquels les photons, focalisés par les microlentilles et triés par le filtre couleur surplombant la puce, doivent encore se frayer un chemin à travers les couches de silicium dévolues au traitement électronique (transistors, couches de métallisation, etc.) avant de toucher enfin au but, c'est-à-dire à la surface photosensible. Une fois maîtrisée l'indispensable fabrication sur substrat très fin, les avantages des structures BSI sont nombreux : sensibilité en hausse, réduction du cross-talk entre pixels, ouverture optique accrue… Si les premiers imageurs BSI (Sony, Omnivision, Samsung, Toshiba, Aptina…) s'avéraient résolument haut de gamme, les modèles comptant moins de 3 millions de pixels commencent également à se convertir à cette nouvelle technologie. Longtemps cantonnés aux webcams embarquées dans les ordinateurs portables, ces capteurs arborant souvent une définition de « seulement » 720p ou 1080p ont connu une seconde jeunesse avec la généralisation du second module caméra sur la face avant des téléphones portables et des tablettes numériques. Sony vient ainsi de lancer l'IMX188PQ, un imageur Cmos 720p basé sur sa technologie BSI baptisée Exmor R et exploitant des photosites de 1,4µm de côté. « Ce capteur vient remplacer l'actuel IMX119PQ, un modèle FSI, avec comme objectif d'améliorer le rendu de l'image », explique Sony. De fait, l'IMX188PQ présente un rapport signal sur bruit supérieur de 4 dB à son prédécesseur. L'optimisation des caractéristiques de collecte de lumière a ici permis de porter l'angle d'incidence utile ou CRA ( Chief Ray Angle ) à 30° au lieu de 25 °, tout en maintenant l'épaisseur du module à moins de 2,5 mm. Le japonais a en outre revu le convertisseur analogique-numérique embarqué et la circuiterie analogique pour réduire la consommation de 35 % par rapport à ses autres imageurs 720p, atteignant typiquement, à 30 images par seconde, 45 mW contre 70 mW pour l'IMX119PQ. Disponible au format optique 1/8,3 pouce, l'IMX188PQ peut capturer jusqu'à 60 images par seconde en 720p.
les fabricants de capteurs Cmos combinent architecture bsi, traitement du signal avancé et/ou filtrage couleur original pour diminuer la taille des photosites sans nuire à la qualité d'image.
des pixels de 1,12µm seulement
De son côté, Toshiba vient de lancer l'échantillonnage du T4K71, un imageur 1080p basé sur des photosites de 1,12µm de côté seulement. Afin de maintenir un rapport signal sur bruit équivalent à celui de ses modèles 1,4µm actuels, le japonais a lui aussi eu recours à une technologie BSI, couplée ici avec un circuit de réduction de bruit couleur ou CNR ( Color Noise Reduction ) amélioré. Ce modèle au format optique 1/7,3 pouce, qui capture jusqu'à 60 images par seconde etc., permet des fonctions de traitement d'image telles que la mise à l'échelle, le retournement, la compensation d'assombrissement d'objectif ou encore la correction automatique de pixel défectueux. Sa production en volume est prévue pour le mois de septembre 2013.
Toujours dans l'optique de compenser la réduction de la taille des pixels, Aptina a, pour sa part, levé (légèrement) le voile sur une technologie baptisée Clarity+ et qui, associée à l'architecture BSI, devrait non seulement permettre à ses imageurs Cmos à pixels de 1,1 µm de côté de surpasser les modèles 1,4µm en termes de qualité d'image, mais aussi d'ouvrir la voie menant aux capteurs à pixels de 0,9 µm de côté. Pour cela, Clarity+ mêle un filtre couleur qui s'écarte du classique modèle Bayer (associant typiquement deux pixels verts, un bleu et un rouge par groupe de 4 pixels) et des algorithmes de reconstruction d'image avancés. Malheureusement, Aptina se refuse encore à expliciter l'agencement de son filtre couleur maison. Peut-être se rapproche-t-il par exemple des travaux entrepris par son compatriote OmniVision, exposés lors de la sixième conférence Image Sen-sors qui s'est tenue du 19 au 21 mars dernier à Londres. L'américain, qui devrait opter pour la technologie Cmos 55nm de TSMC pour ses imageurs cette année, devrait lui aussi adopter une nouvelle technologie de filtrage couleur et de microlentilles pour sa génération OmniBSI-3, optant pour un agencement mêlant un pixel bleu, un rouge, deux verts et quatre «transparents» par groupe de huit photosites. « La sensibilité lumineuse s'en trouverait doublée par rapport à un filtre Bayer usuel, avec un gain de 6 dB pour le rapport signal sur bruit en cas de faible luminosité (moins de 10 lux) », explique Ray Fontaine, analyste spécialisé dans les imageurs chez Chipworks. Toute la difficulté repose ensuite sur le processeur de traitement d'images, qui doit lutter davantage pour reconstituer des couleurs fidèles en dépit de l'utilisation de pixels transparents.
(1) D'après IHS, les ventes de semi-conducteurs de Sony, constituées à 60 % d'imageurs, ont progressé de plus de 20 % en 2012 ; Omnivision, lui, vient de clore son troisième trimestre fiscal 2013 sur un chiffre d'affaires de 423,5 M$, contre seulement 185,2 M$ l'an passé.
