Imagerie 3D du futur

Dr. Andreas Bablich au travail dans la salle blanche. (Photo : Heiner Manderbach)

Que ce soit dans l'industrie automobile, la technologie médicale, les systèmes de sécurité ou les smartphones : les caméras 3D gagnent en diffusion et en possibilités d'utilisation. Une technologie qui évolue rapidement. En tant que sujet tourné vers l'avenir avec une grande importance sociétale, la sensorique nécessaire constitue un domaine de recherche central du Chair de Nanotechnologie à base de Graphène et du Chair de Technologie à très haute fréquence et d'électronique quantique de l'Université de Siegen.

Une méthode qui s'impose de plus en plus dans les systèmes de caméras 3D en raison de sa convivialité est la méthode de temps de vol (Time-of-Flight, ToF). Elle permet de déterminer avec précision les distances à partir de la différence de temps entre une impulsion lumineuse émise et celle réfléchie par l'objet, produisant ainsi des images avec une profondeur spatiale. Cependant, la technologie ToF, relativement complexe, nécessite beaucoup d'espace sur la puce, ce qui la rend coûteuse et limitée pour des domaines d'application avec un haut degré d'intégration. Le degré d'intégration désigne ici le nombre absolu de capteurs sensibles à la lumière sur une micro-puce.

Des chercheurs de l'Université de Siegen travaillent dans le nouveau projet de recherche « ULTRA-SENSE 3D » sur des systèmes de caméras 3D innovants, précis et puissants, basés sur la Photoresponse Induite par la Mise au Point (FIP). « La FIP est une technologie relativement récente, dont la base a été posée grâce à des activités de recherche intensives ici au ZESS, le Centre de Systèmes de Capteurs de l'Université de Siegen », explique le Dr Andreas Bablich, qui dirige le projet avec le Professeur Dr Peter Haring Bolívar. La recherche se concentrera désormais sur le potentiel de performance des capteurs FIP capables de 3D, basés sur le silicium amorphe. « Je suis heureux de pouvoir démontrer dans un tel projet la collaboration étroite et féconde entre la recherche fondamentale et les impulsions d'innovation pour la mise en œuvre industrielle », constate le Professeur Dr Peter Haring Bolívar. ULTRA-SENSE 3D est financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) à hauteur de près de trois quarts de million d'euros pour trois ans. Pour le Dr Andreas Bablich, le succès de sa première proposition est une étape importante dans sa carrière de chercheur. La DFG soutient explicitement la relève scientifique avec son financement.

Les capteurs FIP peuvent identifier des informations de profondeur très précises sur de grandes distances avec une sensibilité bien supérieure aux concepts actuels, en un seul point d'image. En effet, lors de l'effet FIP, non seulement la quantité de lumière incidente est mesurée par le capteur, mais aussi la taille du point lumineux, ce qui permet des mesures exactes de distances en temps réel, même lorsque la lumière ambiante n'est pas très favorable. « Cependant, la vitesse de lecture et la sensibilité des détecteurs FIP actuels, basés sur des matériaux organiques ou à base de plomb, sont massivement limitées », explique le Dr Andreas Bablich. Dans cette nouvelle approche, le groupe de travail de Siegen a développé des capteurs FIP à base de silicium amorphe (a-Si:H), qui présentent actuellement, par rapport à la technologie existante, une réponse FIP environ deux ordres de grandeur plus rapide, plus sensible et plus contrôlable. Le matériau actif, le silicium amorphe, est déposé en fine couche à basse température sur une puce. On parle également, dans un contexte technique, de croissance du silicium sur la surface de la puce. Les épaisseurs de couche typiques se situent entre 10 nanomètres et 1,5 micromètre, ce dernier correspondant à environ un centième du diamètre d'un cheveu humain. « Nous développons, optimisons et caractérisons les concepts de capteurs non seulement au sein du département, mais fabriquons également les capteurs dans la salle blanche de l'université elle-même. De plus, nous poursuivrons et intensifierons la mise en œuvre technologique de ces sujets de recherche passionnants dans le futur bâtiment de recherche INCYTE, sur le campus Adolf-Reichwein-Straße. »

Les chercheurs de Siegen ont en plus conçu un nouveau concept de lecture, permettant d'augmenter considérablement le taux de rafraîchissement des caméras 3D intégrées et de réduire le bruit. Le Dr Bablich : « Des premières mesures de distance ont déjà été effectuées avec succès, et les résolutions obtenues, d'environ 500 micromètres, montrent un potentiel considérable pour améliorer nettement la détection FIP. » Un domaine d'application tourné vers l'avenir que les chercheurs envisagent est la reconnaissance de scènes 3D à haute sensibilité, par exemple dans la sécurité ou dans le contrôle qualité industriel.