EP2235484A2 - Dispositif de spectroscopie en longueur d'onde à filtres intégrés - Google Patents

Dispositif de spectroscopie en longueur d'onde à filtres intégrés

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Publication number
EP2235484A2
EP2235484A2 EP09720812A EP09720812A EP2235484A2 EP 2235484 A2 EP2235484 A2 EP 2235484A2 EP 09720812 A EP09720812 A EP 09720812A EP 09720812 A EP09720812 A EP 09720812A EP 2235484 A2 EP2235484 A2 EP 2235484A2
Authority
EP
European Patent Office
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filters
filter
detector
filtering module
ribbon
Prior art date
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Ceased
Application number
EP09720812A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Stéphane TISSERAND
Marc Hubert
Laurent Roux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Silios Technologies SA
Original Assignee
Silios Technologies SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Silios Technologies SA filed Critical Silios Technologies SA
Publication of EP2235484A2 publication Critical patent/EP2235484A2/fr
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters

Definitions

  • the present invention relates to a wavelength spectroscopy device.
  • the spectrometric analysis aims in particular the search for chemical constituents used in the composition of a solid, liquid or gaseous medium. This involves recording the absorption spectrum in reflection or transmission of this medium. The light that interacts with it is absorbed in certain wavelength bands. This selective absorption is a signature of some or all of the constituents of the medium.
  • the range of wavelengths of the spectrum to be measured may belong to ultra-violet and / or visible radiation and / or infrared (near, medium, far).
  • a first solution uses the network spectrometer.
  • the network acting as a filter is disposed at a substantial distance from the detector. The resolution is even better than this distance is important. It follows that this device can not be miniaturized if one wishes to maintain an acceptable resolution. In addition, the adjustment of this device is complicated and its stability is delicate because it requires precise optical alignment.
  • Most other spectrometers use at least one Fabry-Perot filter.
  • such a filter is a blade with a parallel face of a material (usually of low refractive index such as air, silica, ...) called spacing membrane (more commonly "spacer” in English terminology -Saxon), this membrane appearing between two mirrors. It is often performed by deposition of thin layers under vacuum.
  • the first mirror consists of m alternations of layers of optical thickness ⁇ / 4 of a high index material H and a low index material.
  • the spacing membrane frequently consists of 2 layers of the low index material B of optical thickness ⁇ / 4.
  • the second mirror is symmetrical with the first.
  • the modification of the geometric thickness of the spacer membrane makes it possible to tune the filter to the central wavelength for which the optical thickness is a multiple of ⁇ / 2.
  • a finite number of relatively thin bandwidths i.e., a discrete as opposed to a continuous spectrum is sufficient to identify the desired constituents, so that the first solution mentioned above is not optimized.
  • a second known solution provides a filtering module comprising a band filter to be analyzed. If the number of bands is n, the production of n filters thus passes through n separate fabrications in vacuum deposition. The cost is thus very important (and almost proportional to the number n of bands) for the small series and becomes really interesting only for sufficiently large series. In addition, here too the possibilities of miniaturization are very limited and it is difficult to envisage a large number of filters.
  • a third known solution implements a Fabry-Perot filtering module, the two mirrors being no longer parallel but arranged in a wedge-shaped manner with respect to the profile in a plane perpendicular to the substrate.
  • this plane marked Oxy the axes Ox and Oy respectively being collinear and perpendicular to the substrate, the thickness according to Oy of the spacer membrane varies linearly as a function of the position according to Ox where it is measured.
  • the subject of the present invention is therefore a wavelength spectroscopy device making it possible to measure a spectrum in transmission or in reflection composed of a finite number of filters, this device having a great mechanical simplicity and, consequently, a cost of the most limited.
  • a wavelength spectroscopy device comprises on a substrate a filtering module consisting of two mirrors separated by a spacer membrane; in addition, this filtering module includes a plurality of interferential filters, the thickness of the spacer membrane being constant for a given filter and varying from one filter to another.
  • At least one of these filters has a band-pass transfer function.
  • At least some of these filters are aligned in a first ribbon.
  • at least some of these filters are aligned in a second ribbon parallel to and disjoint from the first ribbon.
  • At least two of these adjacent filters are separated by a crosstalk barrier.
  • the device further comprises a detector comprising a plurality of compartments, each active compartment being dedicated to one of the filters and optically aligned therewith for detecting the radiation that it emits by means of at least one detection cell.
  • a detector comprising a plurality of compartments, each active compartment being dedicated to one of the filters and optically aligned therewith for detecting the radiation that it emits by means of at least one detection cell.
  • the device comprises means for producing a signal by combining the output signals of these cells.
  • the detector is integrated in CMOS technology.
  • the substrate is constituted by an interface appearing on this detector.
  • the device comprises an imaging optics to adapt the size of the filters to that of the detector.
  • FIG. 1 the block diagram of a one-dimensional filtering module, more particularly:
  • FIG. 1a a view from above of this module
  • FIGS. 2a to 2c three steps of a first embodiment of this filtering module
  • FIG. 3a to 3fc six steps of a second embodiment of this filtering module
  • FIG. 4 the block diagram of a two-dimensional filtering module
  • FIGS. 5a to 5f each a mask that can be used during an etching step
  • FIG. 6 is a diagram of a filter module with 64 filters provided with a screening grid
  • FIG. 7 the diagram of a spectroscopy device comprising a filter module directly associated with a detector
  • FIG. 8 the diagram of a spectroscopy device comprising a filtering module associated with a detector by means of an imaging optic.
  • a filtering module comprises three interference filters of the Fabry-Perot type FP1, FP2, FP3 successively aligned so that they form a ribbon.
  • This module is formed by the stack on a substrate SUB, glass or silica, for example, a first mirror M1, a spacing membrane SP and a second mirror MIR2.
  • the spacer membrane SP which defines the central wavelength of each filter is therefore constant for a given filter and varies from one filter to another. Its profile has a staircase shape because each filter has a substantially rectangular surface.
  • a first method of producing the filtering module in thin film technology is given by way of example.
  • the first mirror MIR1 is first deposited on the substrate SUB and then a layer or set of dielectric layers TF called to define the spacing membrane SP. With reference to FIG. 2b, this dielectric is etched:
  • the spacer membrane SP at the first filter FP1 has the thickness of the deposit.
  • the second mirror MIR2 is deposited on the spacing membrane SP to finalize the three filters.
  • Spacing membrane SP can be obtained by deposition of a TF dielectric then successive etchings as presented above, but it can also be obtained by several successive deposition of thin layers.
  • a second method of producing the filtering module is now exposed.
  • thermal oxidation of a silicon SIL substrate is first performed on its lower face OX1 and on its upper face OX2.
  • the lower faces OX1 and upper OX2 of the substrate are respectively covered with a lower layer PHR1 and a top layer PHR2 of photoresist. Then, a rectangular opening is made in the lower layer PHR1 by photolithography.
  • the thermal oxide of the lower face OX1 is etched in line with the rectangular opening made in the lower layer.
  • SIL crystal orientation 1 - 0 - 0 for example
  • the thermal oxide of the lower face OX1 serving as a mask and that of the upper face OX2 serving as etch stop layer.
  • It can be either a wet etching with a solution of potash (KOH) or trimethyl ammonium hydroxyl (TMAH) or a dry plasma etching. he As a result of this operation, only an oxide membrane remains at the bottom of the rectangular opening.
  • this oxide is etched:
  • the first M1 and second M2 mirrors are deposited on the lower faces OX1 and upper OX2 of the substrate SIL.
  • the embodiment of the filtering module may optionally be completed by depositing a passivation layer (not shown) on one and / or on the other of the lower OX1 and upper OX2 faces.
  • the invention therefore makes it possible to produce a set of aligned filters, which filters can thus be referenced in a one-dimensional space.
  • the invention also makes it possible to organize such filters in a two-dimensional space. Such an organization is often called matrix.
  • the first ribbon which appears at the top of the figure, corresponds to the first line of a matrix and includes the filters IF11 to IF14.
  • the second, the third, and the fourth ribbon respectively comprise filters IF21 to IF24, filters IF31 to IF34, respectively filters IF41 to IF44.
  • the organization is called matrix because the filter IFjk belongs to the jth horizontal ribbon and also to a kth vertical ribbon which includes the filters IF1k, IF2k, ..., IF4k.
  • the method of producing the filtering module may be analogous to any one of the two methods described above.
  • the second mirror is deposited on the spacing membrane thus etched to finalize the 16 filters of the matrix 4-4.
  • the matrix 4-4 referred to above is transformed into a matrix 8-8 comprising 64 interference filters.
  • the fifth mask MA5 as a logical continuation of the first MA1 and second MA2 masks, represents a horizontal alternation of four black ribbon - white ribbon pairs.
  • the sixth mask MA6 as a logical continuation of the third MA3 and fourth MA4 masks, represents a vertical alternation of four black ribbon - white ribbon pairs.
  • a grid black in the figure constituting a crosstalk barrier to delimit all the filters.
  • This grid will be absorbent if this module is used in reflection or reflecting if it is used in transmission.
  • an absorbent grid may be made by deposition and etching of a black chrome (chromium + chromium oxide) while a reflective grid may be made by deposition and etching of chromium.
  • the size of the filters is of the order of 300x300 microns 2 . Other filter sizes are of course possible, however, the size must be sufficient to avoid too marked diffraction phenomena.
  • the filtering module can present an organization of these filters in line, matrix, hexagonal or of any other nature.
  • the shape of the filters can be any (square, rectangle, hexagonal, .
  • the filtering module is intended to be associated with a detector capable of measuring the luminous fluxes produced by at least some of the filters, if not all of them.
  • This detector is formed of a plurality of compartments, each active compartment being dedicated to a specific filter.
  • the detector is integrated.
  • the useful radiation is between 350 and 1100 nanometers, it is preferably made in CMOS technology.
  • the MF filter module which is shown in Figure 4 by using it in transmission.
  • This is optically aligned with the DET detector whose compartments are homothetic filters.
  • the first CP11, the second CP12, respectively the third CP13 compartment is provided to receive the light flux transmitted by the first IF11, the second IF12, respectively the third IF13 filter.
  • the compartment CPjk which belongs to the jth line and to the kth column of the detector DET receives the radiation transmitted by the filter IFjk belonging to the jth line and the kth column of the filtering module MF.
  • a compartment is provided with a plurality of independent detection cells because they commonly have a size of the order of 6 microns.
  • Means are then provided for producing a signal for estimating the luminous flux received by this compartment by combining the output signals of these different cells. It is thus possible to average these output signals, to eliminate those signals that depart substantially from this average or to perform any treatment known to those skilled in the art.
  • the assembly is very simple because it has few optical parts and there is no moving part. The measurement is therefore very stable and very reproducible.
  • the spectroscopy device comprises an OPT imaging optics such as an objective arranged between the filtering module MF and the detector DET.
  • This optics aims to adapt the size of the filter module MF to that of the detector DET. It can achieve aggrandisme or reduction. In the latter case, the luminous flux received by the detector is increased in the ratio of the surface of the filter module to that of this detector.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de spectroscopie en longueur d'onde comportant sur un substrat SUB un module de filtrage constitué de deux miroirs MIR1, MIR2 séparés par une membrane d'espacement SP. Ce module de filtrage comporte une pluralité de filtres interférentiels FP1, FP2, FP3, l'épaisseur de la membrane d'espacement SP étant constante pour un filtre donné et variant d'un filtre à l'autre.

Description

Dispositif de spectroscopie en longueur d'onde à filtres intégrés La présente invention concerne un dispositif de spectroscopie en longueur d'onde.
L'analyse spectrométrique vise notamment la recherche de constituants chimiques entrant dans la composition d'un milieu solide, liquide ou gazeux. Il s'agit d'enregistrer le spectre d'absorption en réflexion ou en transmission de ce milieu. La lumière qui interagit avec celui-ci est absorbée dans certaines bandes de longueurs d'onde. Cette absorption sélective est une signature d'une partie ou de l'ensemble des constituants du milieu. La plage de longueurs d'onde du spectre à mesurer peut appartenir à l'ultra violet et/ou au rayonnement visible et/ou à l'infra rouge (proche, moyen, lointain).
Une première solution fait appel au spectromètre à réseau. Dans cet appareil, le réseau agissant en tant que filtre est disposé à une distance conséquente du détecteur. La résolution est d'autant meilleure que cette distance est importante. Il s'ensuit que cet appareil ne peut pas être miniaturisé si l'on souhaite conserver une résolution acceptable. De plus, le réglage de cet appareil est compliqué et sa stabilité est délicate car il nécessite un alignement optique précis.
La plupart des autres spectromètres utilisent au moins un filtre Fabry- Pérot.
Pour mémoire, un tel filtre est une lame à face parallèle d'un matériau (le plus souvent d'indice de réfraction faible tel que air, silice, ...) appelé membrane d'espacement (plus couramment « spacer » en terminologie anglo-saxonne), cette membrane figurant entre deux miroirs. Il est souvent réalisé par dépôt de couches minces sous vide. Ainsi, pour un filtre dont la bande passante est centrée sur une longueur d'onde centrale λ, le premier miroir consiste en m alternances de couches d'épaisseur optique λ/4 d'un matériau haut indice H et d'un matériau bas indice B. La membrane d'espacement consiste fréquemment en 2 couches du matériau bas indice B d'épaisseur optique λ/4. En général le second miroir est symétrique du premier. La modification de l'épaisseur géométrique de la membrane d'espacement permet d'accorder le filtre à la longueur d'onde centrale pour laquelle l'épaisseur optique vaut un multiple de λ/2.
Dans certains cas, un nombre fini de bandes passantes relativement fines (c'est-à-dire un spectre discret par opposition à un spectre continu) est suffisant pour identifier les constituants recherchés, si bien que la première solution mentionnée ci-dessus n'est pas optimisée.
Une deuxième solution connue prévoit un module de filtrage comportant un filtre par bande à analyser. Si le nombre de bandes vaut n, la réalisation de n filtres passe donc par n fabrications distinctes en dépôt sous vide. Le coût est ainsi très important (et quasi-proportionnel au nombre n de bandes) pour les petites séries et ne devient réellement intéressant que pour des séries suffisamment importantes. De plus, ici aussi les possibilités de miniaturisation sont très limitées et il est difficilement envisageable de prévoir un grand nombre de filtres.
Une troisième solution connue met en oeuvre un module de filtrage du type Fabry-Pérot, les deux miroirs n'étant plus parallèles mais agencés en forme de coin pour ce qui concerne le profil dans un plan perpendiculaire au substrat. Dans ce plan repéré Oxy, les axes Ox et Oy étant respectivement colinéaire et perpendiculaire au substrat, l'épaisseur selon Oy de la membrane d'espacement varie linéairement en fonction de la position selon Ox où elle est mesurée.
Le document US 2006 / 0209413 enseigne un dispositif de spectroscopie en longueur d'onde comportant un tel module de filtrage. Il s'ensuit que la longueur d'onde d'accord varie ici de manière continue selon l'axe Ox. En premier lieu, le contrôle du procédé « couches minces » est ici très périlleux. En second lieu la fabrication collective de plusieurs modules de filtrage sur un même wafer pose de grandes difficultés de reproductibilité d'un filtre à l'autre. En troisième lieu, la variation continue de l'épaisseur qui peut présenter un avantage dans certaines circonstances est mal adaptée au cas où un détecteur doit être centré sur une longueur d'onde bien précise. En effet, la taille de ce détecteur fait qu'il va détecter toutes les longueurs d'onde comprises entre celles sur lesquelles sont accordées ses deux extrémités. Là encore, la production en volume à bas coût n'est pas très réaliste.
La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de spectroscopie en longueur d'onde permettant de mesurer un spectre en transmission ou en réflexion composé d'un nombre fini de filtres, ce dispositif présentant une grande simplicité mécanique et, partant, un coût des plus limités.
Selon l'invention, un dispositif de spectroscopie en longueur d'onde comporte sur un substrat un module de filtrage constitué de deux miroirs séparés par une membrane d'espacement ; de plus, ce module de filtrage comporte une pluralité de filtres interférentiels, l'épaisseur de la membrane d'espacement étant constante pour un filtre donné et variant d'un filtre à l'autre.
Le nombre d'opérations en technologie couches minces est de fait considérablement réduit et il n'est plus nécessaire d'assembler les différents filtres sur un support commun.
Avantageusement, l'un au moins de ces filtres a une fonction de transfert passe-bande.
De plus, certains au moins de ces filtres sont alignés dans un premier ruban. D'autre part, certains au moins de ces filtres sont alignés dans un second ruban parallèle au et disjoint du premier ruban.
Par ailleurs, deux au moins de ces filtres qui sont adjacents sont séparés par une barrière de diaphonie.
Préférentiellement, le dispositif comporte de plus un détecteur comprenant une pluralité de compartiments, chaque compartiment actif étant dédié à un des filtres et optiquement aligné avec celui-ci pour détecter le rayonnement qu'il émet au moyen d'au moins une cellule de détection.
De plus, un compartiment étant muni de plusieurs cellules de détection, le dispositif comprend des moyens pour produire un signal en combinant les signaux de sortie de ces cellules.
De préférence, le détecteur est intégré en technologie CMOS.
Suivant une première option, le substrat est constitué par une interface figurant sur ce détecteur.
Suivant une autre option, le dispositif comporte une optique d'imagerie pour adapter la taille des filtres à celle du détecteur.
La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en se référant aux figures annexées qui représentent :
- la figure 1 , le schéma de principe d'un module de filtrage à une dimension, plus particulièrement :
- la figure 1a, une vue de dessus de ce module, et
- la figure 1b, une vue en coupe de ce module ;
- la figure 2a à 2c, trois étapes d'un premier mode de réalisation de ce module de filtrage ; - la figure 3a à 3fc, six étapes d'un deuxième mode de réalisation de ce module de filtrage ;
- la figure 4, le schéma de principe d'un module de filtrage à deux dimensions ; - les figure 5a à 5f, chacune un masque susceptible d'être utilisé lors d'une étape de gravure ;
- la figure 6, un schéma d'un module de filtrage à 64 filtres muni d'un quadrillage d'écrantage ;
- la figure 7, le schéma d'un dispositif de spectroscopie comportant un module de filtrage directement associé à un détecteur ; et
- la figure 8, le schéma d'un dispositif de spectroscopie comportant un module de filtrage associé à un détecteur par l'intermédiaire d'une optique d'imagerie.
Les éléments présents dans plusieurs figures sont affectés d'une seule et même référence.
En référence aux figures 1a et 1b, un module de filtrage comporte trois filtres interférentiels du type Fabry-Pérot FP1 , FP2, FP3 alignés successivement de sorte qu'ils forment un ruban.
Ce module est constitué par l'empilement sur un substrat SUB, en verre ou en silice par exemple, d'un premier miroir M1 , d'une membrane d'espacement SP et d'un deuxième miroir MIR2.
La membrane d'espacement SP qui définit la longueur d'onde centrale de chaque filtre est donc constante pour un filtre donné et varie d'un filtre à l'autre. Son profil a une forme d'escalier car chaque filtre a une surface sensiblement rectangulaire.
Un premier procédé de réalisation du module de filtrage en technologie couches minces est donné à titre d'exemple.
En référence à la figure 2a, on commence par déposer sur le substrat SUB le premier miroir MIR1 puis une couche ou un ensemble de couches diélectriques TF appelé à définir la membrane d'espacement SP. En référence à la figure 2b, ce diélectrique est gravé :
- dans un premier temps au niveau des deuxième FP2 et troisième FP3 filtres pour définir l'épaisseur de la membrane d'espacement SP au niveau du 2ème filtre FP2, - dans un deuxième temps au niveau du troisième filtre FP3 pour définir à son niveau l'épaisseur de cette membrane. La membrane d'espacement SP au niveau du premier filtre FP1 a l'épaisseur du dépôt.
En référence à la figure 2c, le deuxième miroir MIR2 est déposé sur la membrane d'espacement SP pour finaliser les trois filtres. La membrane d'espacement SP peut être obtenue par dépôt d'un diélectrique TF puis gravures successives comme présenté ci-dessus mais elle peut également être obtenue par plusieurs dépôts successifs de couches minces.
A titre d'exemple, on peut balayer la plage de longueurs d'onde 800 à 1 000 nm en modifiant l'épaisseur optique de la membrane d'espacement de 1 ,4 λo/2 à 2,6 λo/2 (pour λ0 = 900 nm et n=1 ,45 tandis que e varie entre 217 nm et 403 nm).
Il convient ici de noter que l'épaisseur de la membrane d'espacement doit être suffisamment faible pour n'obtenir qu'une bande de transmission dans le domaine à sonder. En effet, plus on augmente cette épaisseur, plus le nombre de longueurs d'onde satisfaisant la condition [ne = k λ/2] augmente.
Un deuxième procédé de réalisation du module de filtrage est maintenant exposé.
En référence à la figure 3a, on commence par pratiquer une oxydation thermique d'un substrat SIL en silicium sur sa face inférieure OX1 et sur sa face supérieure OX2.
En référence à la figure 3b, les faces inférieure OX1 et supérieure OX2 du substrat sont recouvertes respectivement d'une couche inférieure PHR1 et d'une couche supérieure PHR2 de résine photosensible. Ensuite, une ouverture rectangulaire est pratiquée dans la couche inférieure PHR1 par photolithographie.
En référence à la figure 3c, l'oxyde thermique de la face inférieure OX1 est gravé au droit de l'ouverture rectangulaire pratiquée dans la couche inférieure
PHR1. Les couches inférieure PHR1 et supérieure PHR2 sont alors retirées. En référence à la figure 3d, on réalise une gravure anisotrope du substrat
SIL (orientation cristallographique 1 - 0 - 0 par exemple) au droit de l'ouverture rectangulaire, l'oxyde thermique de la face inférieure OX1 servant de masque et celui de la face supérieure OX2 servant de couche d'arrêt de gravure. Il peut s'agir soit d'une gravure humide au moyen d'une solution de potasse (KOH) ou de triméthyl ammonium hydroxyle (TMAH) soit d'une gravure sèche en plasma. Il résulte de cette opération que seule subsiste au fond de l'ouverture rectangulaire une membrane d'oxyde.
En référence à la figure 3e, cet oxyde est gravé :
- dans un premier temps au niveau des deuxième FP2 et troisième FP3 filtres pour définir l'épaisseur de la membrane d'espacement SP au niveau du 2ème filtre FP2,
- dans un deuxième temps au niveau du troisième filtre FP3 pour définir à son niveau l'épaisseur de cette membrane SP.
En référence à la figure 6f, les premier M1 et deuxième M2 miroirs sont déposés sur les faces inférieure OX1 et supérieure OX2 du substrat SIL.
On peut éventuellement terminer la réalisation du module de filtrage en déposant une couche de passivation (non représentée) sur l'une et/ou sur l'autre des faces inférieure OX1 et supérieure OX2.
L'invention permet donc de réaliser un ensemble de filtres alignés, ces filtres pouvant ainsi être référencés dans un espace à une dimension.
En référence à la figure 4, l'invention permet également d'organiser de tels filtres dans un espace à deux dimensions. Une telle organisation est souvent dénommée matricielle.
Quatre rubans horizontaux identiques comprennent chacun quatre filtres interférentiels. Le premier ruban, celui qui apparaît en haut de la figure, correspond à la première ligne d'une matrice et comprend les filtres IF11 à IF14.
Le deuxième, le troisième, respectivement le quatrième ruban comprend les filtres IF21 à IF24, les filtres IF31 à IF34, respectivement les filtres IF41 à IF44.
L'organisation est dite ;matricielle car le filtre IFjk appartient au jème ruban horizontal et également à un kième ruban vertical qui comprend les filtres IF1k, IF2k, ..., IF4k.
Le procédé de réalisation du module de filtrage peut être analogue à l'un quelconque des deux procédés décrits plus haut.
On commence donc par déposer sur le substrat le premier miroir puis un diélectrique. Ce diélectrique est gravé :
- en référence à la figure 5a, au moyen d'un premier masque MA1 qui cache les deux premiers rubans horizontaux IF11-IF14 et IF21-IF24,
- en référence à la figure 5b, au moyen d'un second masque MA2 qui cache les premier IF11-IF14 et troisième IF31-IF34 rubans horizontaux, - en référence à la figure 5c, au moyen d'un troisième masque MA3 qui cache les premier IF11-IF41 et deuxième IF12-IF42 rubans verticaux, et
- en référence à la figure 5d, au moyen d'un quatrième masque MA4 qui cache les premier IF11-IF41 et troisième IF13-IF43 rubans verticaux.
Ensuite, le deuxième miroir est déposé sur la membrane d'espacement ainsi gravée pour finaliser les 16 filtres de la matrice 4-4.
La gravure d'une même profondeur au moyen des différents masques présente peu d'intérêt. Par contre, si l'on souhaite obtenir une progression régulière de l'épaisseur des filtres, on peut procéder comme suit :
- gravure d'une profondeur p au moyen du quatrième masque MA4,
- gravure d'une profondeur 2p au moyen du troisième masque MA3,
- gravure d'une profondeur 4p au moyen du deuxième masque MA2, et - gravure d'une profondeur 8p au moyen du premier masque MAI
Accessoirement, on remarque que, par un processus itératif, en utilisant un cinquième masque MA5 représenté à la figure 5e et un sixième masque MA6 représenté à la figure 5f, on transforme la matrice 4-4 visée ci-dessus en matrice 8-8 comportant 64 filtres interférentiels. Le cinquième masque MA5, comme suite logique aux premier MA1 et deuxième MA2 masques, représente une alternance horizontale de quatre couples ruban noir - ruban blanc.
De même, le sixième masque MA6, comme suite logique aux troisième MA3 et quatrième MA4 masques, représente une alternance verticale de quatre couples ruban noir - ruban blanc.
En référence à la figure 6, il est souhaitable de bien séparer les différents filtres du module de filtrage afin d'éviter un recouvrement partiel d'un filtre sur un filtre qui lui est adjacent et de minimiser un éventuel problème de diaphonie. Pour ce faire, on peut ajouter sur le module de filtrage un quadrillage (en noir sur la figure) constituant une barrière de diaphonie pour délimiter tous les filtres. Ce quadrillage sera absorbant si ce module est utilisé en réflexion ou bien réfléchissant si celui-ci est employé en transmission. A titre d'exemple, un quadrillage absorbant peut être réalisé par dépôt et gravure d'un chrome noir (chrome + oxyde de chrome) tandis qu'un quadrillage réfléchissant peut être réalisé par dépôt et gravure de chrome. A titre indicatif, la dimension des filtres est de l'ordre de 300x300 microns2. D'autres tailles de filtre sont bien sûr possibles cependant, la taille doit être suffisante pour éviter des phénomènes de diffraction trop marqués.
Le module de filtrage peut présenter une organisation de ces filtres en ligne, matricielle, hexagonale ou de toute autre nature. La forme des filtres peut être quelconque (carrée, rectangle, hexagonale, ...).
Le module de filtrage est prévu pour être associé à un détecteur à même de mesurer les flux lumineux produits par au moins certains des filtres si ce n'est la totalité de ceux-ci. Ce détecteur est donc formé d'une pluralité de compartiments, chaque compartiment actif étant dédié à un filtre spécifique.
Suivant une caractéristique additionnelle de l'invention, le détecteur est intégré. Lorsque le rayonnement utile est compris entre 350 et 1 100 nanomètres, il est de préférence réalisé en technologie CMOS.
En référence à la figure 7, on reprend le module de filtrage MF qui est présenté à la figure 4 en l'utilisant en transmission. Celui-ci est optiquement aligné avec le détecteur DET dont les compartiments sont homothétiques des filtres. Ainsi, le premier CP11 , le deuxième CP12, respectivement le troisième CP13 compartiment est prévu pour recevoir le flux lumineux transmis par le premier IF11 , le deuxième IF12, respectivement le troisième IF13 filtre. De manière plus générale, le compartiment CPjk qui appartient à la jième ligne et à la kième colonne du détecteur DET reçoit le rayonnement transmis par le filtre IFjk qui appartient à la jième ligne et à la kième colonne du module de filtrage MF. Avantageusement, un compartiment est muni de plusieurs cellules de détection indépendantes car celles-ci ont couramment une taille de l'ordre de 6 microns. On prévoit alors des moyens pour produire un signal d'estimation du flux lumineux reçu par ce compartiment en combinant les signaux de sortie de ces différentes cellules. Il est ainsi possible de faire la moyenne de ces signaux de sortie, d'éliminer ceux de ces signaux qui s'éloignent sensiblement de cette moyenne ou d'effectuer tout traitement connu de l'homme du métier. Le montage est très simple car il comporte peu de pièces optiques et il ne comporte pas de pièce mobile. La mesure est en conséquence très stable et très reproductible.
Le montage peut même être supprimé si le module de filtrage est intégré directement sur une interface du détecteur. Cette interface peut être une couche de passivation ou bien directement la face supérieure de ce détecteur. En référence à la figure 8, le dispositif de spectroscopie comprend une optique d'imagerie OPT tel qu'un objectif agencée entre le module de filtrage MF et le détecteur DET. Cette optique a pour but d'adapter la taille du module de filtrage MF à celle du détecteur DET. Elle peut réaliser un aggrandissement ou une réduction. Dans ce dernier cas, on augmente le flux lumineux reçu par le détecteur dans le rapport de la surface du module de filtrage à celle de ce détecteur.
Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis eu égard à leur caractère concret. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de Ia présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1) Dispositif de spectroscopie en longueur d'onde comportant sur un substrat (SUB) un module de filtrage constitué de deux miroirs (MIR1 , MIR2 ; M1, M2) séparés par une membrane d'espacement (SP), caractérisé en ce que ce module de filtrage comporte une pluralité de filtres interférentiels (FP1 , FP2, FP3 ; IF11-IF44), l'épaisseur de ladite membrane d'espacement SP étant constante pour un filtre donné et variant d'un filtre à l'autre.
2) Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'un au moins desdits filtres (FP1 , FP2, FP3 ; IF11-IF44) a une fonction de transfert passe- bande.
3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que certains au moins desdits filtres (FP1, FP2, FP3 ; IF11-IF14) sont alignés dans un premier ruban.
4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que certains au moins desdits filtres (IF21-IF24) sont alignés dans un second ruban parallèle au et disjoint du premier ruban.
5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux au moins desdits filtres (FP1 , FP2, FP3 ; IF11- IF44) qui sont adjacents sont séparés par une barrière de diaphonie.
6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un détecteur (DET) comprenant une pluralité de compartiments (CP11-CP44), chaque compartiment actif étant dédié à un desdits filtres (FP1 , FP2, FP3 ; IF11-IF44) et optiquement aligné avec celui-ci pour détecter le rayonnement qu'il émet au moyen d'au moins une cellule de détection. 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que, un compartiment (CP11-CP44) étant muni de plusieurs cellules de détection, il comprend des moyens pour produire un signal en combinant les signaux de sortie desdites cellules.
8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit détecteur (DET) est intégré en technologie CMOS.
9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué par une interface figurant sur ledit détecteur (DET).
10) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une optique d'imagerie (OPT) pour adapter la taille desdits filtres (FP1 , FP2, FP3 ; IF11-IF44) à celle dudit détecteur (DET).
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