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Technologies 3D

Capteurs VLSI-CMOS

Le groupe de la Technologie de l'information visuelle (TIV) de l’ITI-CNRC travaille actuellement au développement des technologies visant à faire progresser le domaine de l'information visuelle. Le projet des capteurs VLSI- CMOS consiste à mettre au point de nouvelles techniques pour la mesure de la position d’un faisceau laser utilisée dans les télémètres laser. Les prototypes mis au point dans le cadre de ce projet s’appuient sur :

un type de semi-conducteur couramment utilisé, le CMOS (semi-conducteur a oxyde de métal complémentaire);
l'intégration à très grande échelle (VLSI) : il s'agit d'intégrer des centaines de milliers de composantes électroniques sur une même puce.

Grâce à la miniaturisation possible avec la technologie VLSI, nous pouvons construire des systèmes dont la performance et l'accessibilité augmentent, tandis que leur maintenance, leur taille et leur coût diminuent.

Ce projet vise à concevoir des capteurs de position optimisés qui sont basés sur une technologie commerciale des semi-conducteurs. Les capteurs de position actuels ne sont ni appropriés, ni rentable pour les télémètres laser à haute résolution utilisés dans l'imagerie 3D numérique. On les utilise plutôt pour les applications en imagerie 2D et dans d'autres domaines. Leurs caractéristiques changent selon l'évolution des domaines d'application respectifs, mais ne répondent pas aux besoins de l'imagerie 3D numérique.

Des prototypes hybrides – une solution intelligente

Les deux prototypes mis au point consistent en des détecteurs sensibles à la position, c'est à dire des capteurs de position. Ceux-ci mesurent les angles quand un point laser est balayé sur une surface par un télémètre laser basé sur la triangulation optique. Deux types principaux de capteurs de position sont habituellement utilisés pour détecter la position du point laser : un qui permet de mesurer la position avec exactitude, l'autre avec une grande vitesse.

Triangulation optique avec laser - Cliquez sur l'image pour voir la pleine dimension.

Les prototypes mis au point dans le cadre du projet sont des solutions hybrides qui feront partie intégrante des futurs télémètres intelligents pouvant mesurer la couleur (réflectance) et les coordonnées en 3D, et ce, avec exactitude et à grand débit.

Le premier prototype, le capteur Colorange, comporte des capteurs de position à réponse continue (CRPS – continous response position sensor). Le deuxième, qui est le prototype préféré, est le capteur ColorSens qui emploie des capteurs de position à réponse discrète (DRPS – discrete response position sensor).

Photographie de la puce ColorSens - Cliquez sur l'image pour voir la pleine dimension.

Le CRPS offre une grande vitesse de lecture, mais les chercheurs ont trouvé un moyen d'accroître la performance des capteurs DRPS, plus exacts : il s’agit de doubler le nombre de DRPS sur une même puce, chaque capteur ayant une fonction différente. Le premier calcule de manière approximative la position du point laser, puis le deuxième calcule la position avec une grande exactitude d'après l'information qui lui est transmise par le premier DRPS. Comme on utilise deux capteurs du même type, on peut les intégrer sur une même puce avec le même procédé de fabrication, d’où une réduction importante des coûts de production et d'alignement.

Avantages de l'utilisation de la technologie commerciale des semi conducteurs

L'utilisation de la technologie commerciale des semi conducteurs au cours de la prochaine phase de développement des capteurs optiques pour la technologie d'imagerie 3D met à profit les possibilités actuelles dans ce domaine :

Les capteurs optiques en CMOS ont atteint un niveau élevé de sophistication et de fiabilité, qui se prête bien aux systèmes de vision 3D de grande exactitude.
La technologie CMOS à faible coût est actuellement en tête pour ce qui est du développement de capteurs optiques commercialisables.
Grâce à des technologies de fabrication standard et au savoir-faire acquis dans les techniques de conception, il est possible de mettre en place des capteurs optiques conçus pour des applications spécifiques :
- On peut construire des circuits opto-ASIC (c.-à-d. des circuits intégrés à application spécifique) à partir d'une bibliothèque de modules de circuits existants, plutôt que de concevoir à partir de zéro chaque circuit pour chaque nouvelle application.

L'intégration de la plupart des étapes de traitement de bas niveau sur une même puce s'appuie sur les progrès dans les semi-conducteurs VLSI-CMOS, et permettra à la technologie de l'imagerie 3D numérique d'être largement acceptée et accessible dans divers domaines - universités, laboratoires de recherche, industries et pour diverses utilisations dont les communications visuelles, la documentation du patrimoine culturel et l'automatisation industrielle.

Ce projet de recherché est réalisé en collaboration avec L’Istituto per la Ricerca Scientifica e Technologica de Trento, Italie (ITC-Irst), dans le cadre du projet « Integrated optical sensors project - Projet de capteur optique intégré ».

Publications pertinentes de l'ITI-CNRC

Personne-ressource

Jean-Angelo Beraldin (Angelo)
Agent de recherche
Technologie de l'information visuelle
Institut de technologie de l'information du CNRC
1200, chemin de Montréal
Édifice M-50, pièce 352
Ottawa, ON K1A 0R6
Téléphone : +1 (613) 990-6871
Télécopieur : +1 (613) 952-0215
Courriel : Jean-Angelo.Beraldin@nrc-cnrc.gc.ca

Personne-ressource pour les affaires

Charles Gauthier
Agent de développement commercial
Bureau de développement commercial, RCN
Institut de technologie de l'information du CNRC
1200, chemin de Montréal
Ottawa, ON K1A 0R6
Téléphone : +1 (613) 993-2491
Télécopieur : +1 (613) 952-7998
Courriel : Charles Gauthier