FR3053478B1

FR3053478B1 - Composant optique passif pour module de detection et procede de fabrication

Info

Publication number: FR3053478B1
Application number: FR1656330A
Authority: FR
Inventors: Charlie Koechlin; Roland Le Goff; Francois Tanguy
Original assignee: SODERN SA
Current assignee: SODERN SA
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2036-07-01
Also published as: DE202017103904U1; FR3053478A1

Abstract

Selon un aspect, la présente description concerne un composant optique passif pour module de détection optique adapté à la détection dans un domaine spectral de détection donné, comprenant au moins deux composants optiques élémentaires (111, 112) adaptés chacun à réaliser au moins une fonction optique. Chaque composant optique élémentaire (111) comprend un substrat longitudinal (111a) en matériau transparent dans le domaine spectral de détection, ledit substrat comprenant deux faces optiques (111b, 111c) au travers desquelles la lumière est apte à se propager et deux faces latérales (111 d, 111e). Les composants optiques élémentaires sont plaqués deux à deux face latérale contre face latérale et fixés par brasage tendre, de telle sorte à former le composant optique passif (100).

Description

ETAT DE L’ART

Domaine technique

La présente description concerne un composant optique passif pour module de détection ainsi qu’un procédé de fabrication d’un tel composant optique passif. L’invention s’applique notamment à l’imagerie dans le domaine spatial.

Etat de l’art

Dans le domaine de l’imagerie, et en particulier dans le domaine de l’imagerie spatiale, il est connu d’utiliser plusieurs barrettes de détection agencées dans un plan focal d’un télescope pour former des images de grandes dimensions. Le télescope peut être installé au sol pour réaliser des images du soleil ou de planètes ; il peut également être embarqué sur un satellite pour réaliser des images, par exemple de la Terre. Pour réaliser une image 2D d’une scène, les barrettes de détection sont généralement placées face à la scène et animées d’un déplacement relatif par rapport à ladite scène. Dans l’exemple d’un télescope embarqué dans un satellite par exemple, les barrettes de détection sont solidaires du satellite. Le déplacement relatif des barrettes de détection par rapport à la scène est obtenu par le déplacement du satellite lui-même.

Pour obtenir davantage d’informations au travers de l’acquisition des images, on cherche à former des images multi spectrales, c'est-à-dire des images obtenues dans des bandes spectrales différentes. Pour cela, il est connu de positionner devant chaque barrette de détection un ensemble de filtres spectraux de forme longiligne, chaque filtre spectral recouvrant une ou plusieurs lignes de détecteurs élémentaires de la barrette de détection, les détecteurs élémentaires étant également appelés « pixels ». Ces filtres spectraux sont parfois appelés « filtres allumettes » du fait de leur forme allongée. Les filtres allumettes sont assemblés et agencés au plus près de la barrette de détection, formant ainsi un module de détection compact, parfois appelé « capteur d’images équipé ».

Les FIGS 1A et IB illustrent respectivement un assemblage 1 de filtres allumettes selon l’art antérieur et une vue en coupe d’un agencement d’un tel assemblage devant une barrette de détection 2, formée de plusieurs lignes de détecteurs élémentaires. Comme montré sur la FIG. IA, les filtres allumettes 11-14 sont fixés entre deux bords d’un cadre 10. Les filtres allumettes présentent une longueur L formant la longueur de l’assemblage, une largeur f et une hauteur e. La largeur de l’assemblage est définie par le nombre de filtres allumettes et la largeur des bords du cadre 10. L’assemblage ainsi réalisé est aligné devant la barrette de détection 2, de telle sorte à ce qu’un filtre allumette de gabarit spectral donné se trouve en vis-à-vis d’un groupe (21 - 24) d’une ou plusieurs lignes de détecteurs élémentaires. L’ensemble formé de la barrette de détection et de l’assemblage de filtres allumettes est monté dans un boîtier 3, hermétique ou non, pour former le module de détection.

De façon connue, l’assemblage de filtres allumettes selon l’art antérieur peut être réalisé en déposant sur un substrat en matériau transparent dans le domaine spectral de détection, appelé «plaque» ou « wafer » selon l’expression anglo-saxonne, des revêtements optiques présentant des fonctions de filtrage optique dans différentes bandes spectrales du domaine spectral de la barrette de détection, dans différentes zones de la plaque. Un revêtement opaque, par exemple un revêtement noir, peut être déposé sélectivement sur le substrat pour former des masques d’ouverture au niveau de chacun des revêtements optiques visant à rendre minimale la lumière parasite dans le module de détection. Le substrat est ensuite découpé aux dimensions choisies pour former un composant optique destiné à être positionné devant la barrette de détection. Un tel procédé est décrit, par exemple, dans l’article de T. Bauer et al. (« Bandpass filter arrays patterned by photolothography for multispactral remote sensing », SPIE, vol.9241-92411K-l).

Le rendement de fabrication des composants optiques ainsi obtenus est cependant faible car il suffit d’un défaut sur un des revêtements pour entraîner la mise au rebus du composant dans son ensemble.

Un autre procédé connu pour la fabrication d’un tel composant optique consiste à déposer dans un premier temps un revêtement optique présentant une fonction de filtrage spécifique par plaque. Les plaques sont ensuite découpées pour former des filtres allumettes et les filtres allumettes collés entre eux au moyen de joints de colle opaque, comme cela est illustré sur les FIGS IA et IB et décrit par exemple dans l’article de R. Le Goff et al. « Multispectral Filters Assemblies for Earth Remote Sensing Imagers », International Conférence on Space Optics, Tenerife, Canary Islands, Spain, 7-10 octobre 2014. Avant la découpe, un revêtement opaque est déposé sélectivement sur la plaque pour former, après découpe et assemblage, des masques d’ouverture pour chacun des filtres allumettes.

Bien que le procédé d’assemblage des filtres allumettes ainsi décrit offre une plus grande flexibilité sur le choix de chaque filtre allumette avant assemblage, permettant ainsi de meilleurs rendements de fabrication des composants optiques, le demandeur a mis en évidence un certain nombre de limitations.

Notamment, dans le procédé connu de l’état de l’art, il n’est pas possible d’appliquer sur l’assemblage après collage des traitements optiques tels que le revêtement opaque car de tels traitements nécessitent des étapes à haute température qui entraîneraient un endommagement de la colle et de ce fait un risque de dégradation du composant. Le dépôt du masque d’ouverture doit donc être réalisé sur la plaque avant la découpe pour la formation des filtres allumettes. Cela rend beaucoup moins précis le positionnement des masques d’ouverture dans le composant final et de ce fait, dans le module de détection après agencement du composant devant la barrette de détection.

Un objet de la présente description est notamment de proposer un composant optique passif comprenant un assemblage de composants élémentaires de type « filtres allumettes » qui puisse être réalisé avec de bons rendements et ne présente pas les limitations de l’état de l’art, notamment quant à la précision de positionnement des masques d’ouverture.

RESUME DE L’INVENTION

Selon un premier aspect, la présente description concerne un composant optique passif destiné à être agencé dans un module de détection optique, pour la détection dans un domaine spectral donné. Le composant optique passif comprend au moins deux composants optiques élémentaires, adaptés à réaliser chacun au moins une fonction optique. Chaque composant optique élémentaire comprend un substrat longitudinal en matériau transparent dans le domaine spectral de détection, avec deux faces optiques au travers desquelles la lumière est apte à se propager et deux faces latérales. Les composants optiques élémentaires sont plaqués deux à deux face latérale contre face latérale et fixés par brasage tendre, de telle sorte à former le composant optique passif.

Par brasage tendre, on entend un brasage obtenu au moyen d’une brasure formée d’un alliage métallique d’apport dont la température de fusion est inférieure à 450°. Le composant optique passif ainsi obtenu est inorganique ; il peut donc supporter des traitements optiques ultérieurs sans risque d’endommagement.

Le composant optique passif ainsi obtenu rend possible le dépôt après assemblage de traitements optiques, notamment un traitement opaque dans le domaine spectral de détection pour la formation de masques d’ouvertures, ce qui permet d’obtenir une bien meilleure précision dans le positionnement relatif des différentes fonctions optiques du composant optique passif final.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la brasure pour le brasage tendre est disposée sur au moins une des faces latérales des composants optiques élémentaires et/ou localement sur les faces optiques pour assurer la fixation des composants optiques élémentaires entre eux. Les alliages métalliques pour la brasure peuvent comprendre une combinaison d’au moins un des composants suivants: SnAgCu (Etain-Argent-Cuivre), SnAu (Etain-Or), InPb (Indium-Plomb), Sn (Etain), In (Indium).

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, au moins l’un desdits composants optiques élémentaires comprend, sur au moins l’une de ses faces latérales et/ou localement sur les faces optiques, un traitement opaque dans le domaine spectral de détection, par exemple un traitement absorbant, pour éviter les réflexions lumineuses parasites et/ou une couche d’accroche pour la brasure et/ou une couche métallique mouillable par la brasure pour la fixation de l’alliage formant la brasure.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le composant optique passif inorganique comprend, sur au moins l’une de ses faces, un traitement opaque, par exemple un traitement absorbant dans le dans le domaine spectral de détection, structuré pour former des ouvertures au niveau d’au moins un des composants optiques élémentaires. Ce traitement, qui peut être déposé après assemblage avec une très grande précision (micrométrique), permet de former au niveau des composants optiques élémentaires des diaphragmes d’ouverture.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le composant optique passif inorganique comprend au moins un élément de support fixé à l’un au moins de composants optiques élémentaires par brasage tendre. Selon un exemple, des supports peuvent être fixés aux deux composants optiques élémentaires disposés aux deux extrémités de l’assemblage, toujours par brasage tendre.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le support est formé dans le même matériau que celui formant le substrat des composants optiques élémentaires.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, au moins l’un desdits composants optiques élémentaires comprend, sur au moins l’une de ses faces optiques, un traitement spectral adapté à la transmission de la lumière dans une bande spectrale comprise dans le domaine spectral de détection. Ce traitement spectral assure au composant optique élémentaire une fonction de filtre optique.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, au moins un composant optique élémentaire comprend au moins une face optique structurée pour former une ou plusieurs microlentilles. Une fois le composant optique passif intégré dans un module de détection, des microlentilles permettent d’améliorer le pourcentage du flux lumineux incident sur le module de détection qui puisse être effectivement détecté par les pixels grâce à une focalisation du flux incident.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, au moins l’un desdits composants optiques élémentaires comprend, sur au moins l’une de ses faces optiques, un traitement polarisant. Une fois le composant optique passif intégré dans un module de détection, une telle fonction optique permet de former des images pour une direction de polarisation donnée.

Selon un deuxième aspect, la présente description concerne un module de détection optique pour la formation d’images. Le module de détection optique comprend une barrette de détection optique multi lignes adaptée à la détection dans un domaine spectral de détection donné. Il comprend en outre un composant optique passif tel que défini selon le premier aspect, agencé de telle sorte à ce qu’un composant optique élémentaire se trouve en regard d’une ou plusieurs lignes.

Le module de détection ainsi obtenu, du fait du caractère inorganique du composant optique passif, est robuste et adapté à des environnements tels que le vide. En effet, la brasure, contrairement aux colles, ne comporte pas de substance susceptible de dégazer et d’altérer les propriétés des éléments du module (composants optiques élémentaires, barrette de détection, fenêtre éventuelle). De plus, le module ainsi obtenu est plus robuste vis-à-vis des agressions extérieures notamment les agressions lumineuses comme le soleil qui peuvent engendrer un échauffement.

Selon un troisième aspect, la présente description concerne un système de détection pour imagerie grand champ et grande résolution, comprenant un agencement de plusieurs modules de détection optique.

La présente description concerne également selon un quatrième aspect un procédé de fabrication d’un composant optique passif selon le premier aspect.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le procédé de fabrication d’un composant optique passif destiné à être intégré dans un module de détection dans un domaine spectral de détection donné comprend : la fourniture de plaques, chaque plaque étant formée dans un substrat transparent dans ledit domaine spectral de détection et comprenant une ou plusieurs fonctions optiques ; la découpe de chaque plaque pour former des composants optiques élémentaires, chaque composant optique élémentaire, de forme longitudinale, comprenant deux faces optiques au travers desquelles la lumière est apte à se propager et deux faces latérales ; et l’assemblage deux à deux des composants optiques élémentaires, face latérale contre face latérale, par brasage tendre pour former le composant optique passif.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, les fonctions optiques comprennent des fonctions de filtrage spectral obtenues par des traitements optiques et/ou des fonctions de filtrage en polarisation obtenues par structuration d’au moins une des faces de la plaque, et/ou des fonctions de focalisation du flux lumineux obtenues grâce à la formation de microlentilles.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le procédé comprend en outre, après l’assemblage, le dépôt d’un traitement opaque dans le domaine spectral de détection sur l’une et/ou l’autre des faces optiques. Le traitement opaque est par exemple un traitement absorbant dans le domaine spectral de détection. Le dépôt du traitement opaque après assemblage permet un positionnement précis des masques d’ouverture pour chacun des composants optiques élémentaires, en une étape de dépôt commune pour l’ensemble des composants optiques élémentaires.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, un traitement opaque dans le domaine spectral de détection et/ou couche d’accroche et/ou couche métallique mouillabie par la brasure est appliqué sur au moins l’une des faces latérales et/ou localement sur les faces optiques du composant optique élémentaire.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le brasage tendre est effectué à température ambiante. On entend par « brasage à température ambiante », un brasage où l’apport de chaleur est localisé sur la brasure, ce qui réduit encore le risque d’altération des composants optiques élémentaires.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures suivantes : - FIGS IA et IB, déjà décrites, des représentations schématiques d’un assemblage de filtre allumettes et de l’agencement d’un tel assemblage dans un module de détection selon l’art antérieur ; - FIGS. 2A à 2E, des schémas illustrant des étapes d’un exemple de procédé de fabrication d’un composant optique passif selon la présente description ; - FIGS 3A et 3B, des représentations schématiques, respectivement, d’un exemple d’assemblage par brasure tendre de deux composants optiques élémentaires et d’un composant optique passif comportant plusieurs composants optiques élémentaires ainsi assemblés ; - FIG 3C, une représentation schématique d’un autre exemple d’assemblage par brasure tendre de deux composants optiques élémentaires ; - FIGS 4A et 4B, des représentations schématiques, respectivement, d’un exemple de composant optique élémentaire avec des fonctions de filtrage spectral et de focalisation, et d’un composant optique passif comprenant de tels composants optiques élémentaires agencé dans un module de détection ; - FIGS 5A à 5D, des représentations schématiques d’exemples de composants optiques passifs comprenant différentes fonctions optiques ; - FIG 6, une représentation schématique, en perspective, d’un exemple de module de détection selon la présente description ; - FIG 7, une représentation schématique, selon une vue en perspective, d’un exemple de système de détection comprenant plusieurs modules de détection, selon la présente description.

DESCRIPTION DETAILLEE

Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par les mêmes références. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées.

Un composant optique passif selon la présente description comporte plusieurs composants optiques élémentaires fixés les uns aux autres par brasage tendre. Chaque composant optique élémentaire comprend un substrat, en matériau transparent dans le domaine spectral de détection du module de détection dans lequel le composant optique passif est destiné à être intégré. Plus précisément, le substrat comprend deux faces optiques dont l’une au moins présente une fonction optique spécifique et deux faces latérales, les composants optiques élémentaires étant assemblés deux à deux, face latérale contre face latérale.

Un exemple d’un procédé de fabrication d’un tel composant optique passif est représenté sur les FIGS 2A-2E et des variantes du procédé de fabrication sont illustrées sur les FIGS 3A - 3C.

Le procédé comprend dans une première étape (FIG. 2A) la fourniture de plaques ou « wafers » 101 - 104, à partir desquelles seront fabriqués les composants optiques élémentaires. Les composants optiques élémentaires formés à partir d’une plaque peuvent être de dimensions identiques ou découpés selon des largeurs différentes en fonction des applications. Comme cela sera détaillé par la suite, chaque plaque comprend au moins une fonction optique portée par au moins une de ses faces. Ainsi en pratique, on peut prévoir autant de plaques qu’on cherche à faire de composants optiques élémentaires différents en termes de fonctionnalités optiques. Par exemple, pour la fabrication d’un composant optique passif, on pourra être amené à concevoir de 2 à 20 plaques différentes.

Chaque plaque comprend un substrat 140 en matériau transparent dans le domaine spectral de détection du module de détection dans lequel le composant optique passif est destiné à être intégré, avec une première face 140a et une deuxième face 140b. Le matériau est par exemple pour le Visible du verre (par ex BK7, ou NZK7), ou de la silice, et pour l’infrarouge, du silicium, du germanium, du ZnSe (Séléniure de zinc), du ZnS (Sulfure de zinc)... L’une et/ou l’autre des faces 140a, 140b du substrat 140 est destinée à assurer une fonction optique. Ainsi, dans l’exemple de la figure 2A, la première face optique 140a est revêtue d’un premier revêtement optique 141 et la deuxième face 140b est recouverte d’un deuxième revêtement optique 146, généralement différent du premier revêtement optique 141, les revêtements optiques pouvant être par exemple des revêtements adaptés au filtrage spectral dans une sous-bande de détection de la bande de détection du module de détection. D’autres fonctions optiques seront décrites dans la suite de la description.

Dans une deuxième étape (FIG. 2B), chaque plaque est découpée en tranches longitudinales, le plus généralement de forme parallélépipédique rectangle. Les tranches ainsi obtenues forment les composants optiques élémentaires. Ainsi, dans l’exemple de la FIG. 2B, sont représentés des composants optiques élémentaires 111 - 114, issus respectivement des plaques 101 - 104. Les composants optiques élémentaires issus d’une même plaque sont adaptés pour réaliser les mêmes fonctions optiques.

Ainsi plus précisément, comme illustré sur la FIG. 2B, le composant optique élémentaire 111 comprend un substrat 111a dont les faces de plus grandes dimensions forment les faces optiques 111b et 111c du composant optique élémentaire, c'est-à-dire les faces à travers lesquelles la lumière est apte à se propager, ces faces étant dans cet exemple revêtues des revêtements optiques 141 et 146. Les faces longitudinales llld et 111e, qui sont perpendiculaires aux faces optiques 111b et 111c, constituent les faces latérales du composant optique élémentaire 111.

Dans une étape suivante (FIG. 2C), on choisit les composants optiques élémentaires issus des différentes plaques et qui sont destinés à être assemblés. Dans l’exemple de la FIG. 2C, on a choisi un composant optique élémentaire issu de chaque plaque. Bien entendu, il est possible de choisir plusieurs filtres élémentaires issus d’une même plaque en fonction de l’application finale.

Selon un exemple de réalisation, comme cela est illustré sur la FIG. 2C, les composants optiques élémentaires sont « préparés » avant d’être effectivement assemblés par brasage tendre.

Par exemple, une ou plusieurs couche(s) d’apprêt peuvent être appliquées localement sur chacun des composants optiques élémentaires à l’emplacement prévu pour la brasure tendre. L’application de la ou des couches d’apprêt sera décrite plus en détail en liaison avec les figures 3A-3C.

Selon un ou plusieurs modes de réalisation, préalablement à l’application de la brasure tendre, une couche opaque dans le domaine spectral de détection, éventuellement absorbante, peut également être appliquée, par exemple, sur chaque face latérale des composants optiques élémentaires afin d’éviter toute diffusion de lumière parasite entre les composants optiques élémentaires. La couche opaque peut être formée par la ou les couches d’apprêt si le matériau utilisé pour les couches d’apprêt est opaque.

Une fois la ou les couches d’apprêt appliquées localement, les composants optiques élémentaires sont assemblés les uns avec les autres, deux par deux et face latérale contre face latérale, comme illustré sur la FIG. 2D.

Plus précisément, une brasure tendre 130 est déposée sur les faces latérales et/ou une partie de faces optiques, éventuellement sur la ou les couche(s) d’apprêt quand elles sont présente. Une « brasure tendre » est une brasure formée d’un alliage métallique dont la température de fusion est inférieure à 450°. Les alliages métalliques pour la brasure peuvent comprendre une combinaison d’au moins un des composants suivants: SnAgCu (Etain-Argent-Cuivre), SnAu (Etain-Or), InPb (Indium-Plomb), Sn (Etain), In (Indium).

Le brasage tendre permet en utilisant des alliages à bas points de fusion de ne pas chauffer au-delà de 450°C les composants optiques élémentaires ce qui évite de les dégrader Il est généralement exécuté dans un four. Il permet également d’utiliser des brasures plus souples.

Selon un exemple de réalisation, le brasage est un brasage tendre à température ambiante. L’utilisation du brasage tendre à température ambiante permet ne de ne pas chauffer les composants optiques élémentaires et de figer le système à température ambiante ce qui évite les contraintes dans les assemblages liées au refroidissement des pièces à assembler depuis le point de fusion.

Différents types de procédés peuvent être utilisés pour le brasage tendre à température ambiante.

Selon un premier exemple, la brasure est chauffée localement par l’éclairement par un faisceau laser, comme décrit par exemple dans l’article de Beckert et al., «Microoptics soldering on multifunctional System platforms », SPIE 6185, (2006).

Selon un deuxième exemple, la brasure est chauffée par effet résistif via le passage d’un courant électrique (voir par exemple Leers et al. « Highly précisé and robust packaging of optical components », SPIE, (2012)].

Selon un autre exemple de réalisation, le brasage tendre est effectué par projection de billes de brasure liquide préalablement fusionné par un faisceau laser à l’aide d’un moyen tel que décrit dans Beckert et al. « Submicron accuracy optimization for laser beam soldering processes », SPIE 7585, (2010). Le contact de la bille avec les composants optiques élémentaires permet le refroidissement et la solidification de l’alliage.

Le fait de porter la brasure tendre à sa température de fusion localement a pour effet de solidariser les composants optiques élémentaires, lors du refroidissement de la brasure, sans risquer d’altérer le substrat ou les fonctions optiques desdits composants optiques élémentaires.

Bien que non représenté sur la FIG. 2D, il est possible à la fin de cette étape d’assembler également un support à l’une et/ou l’autre des extrémités de l’assemblage des composants optiques élémentaires. Le support sera fait avantageusement dans le même matériau que celui formant les substrats des plaques, ou à des éléments métalliques ou céramiques. L’assemblage se fera selon le même procédé que l’assemblage des composants optiques élémentaires, par brasage tendre, éventuellement à température ambiante.

On obtient finalement un composant optique passif 100 présentant deux faces 100a, 100b.

Une fois les composants optiques élémentaires fixés ensemble (FIG. 2E), il est possible de procéder à des étapes de traitements ultérieurs. En effet, le composant optique passif 100 réalisé est inorganique et supporte donc des étapes de dépôt de traitements optiques notamment à haute température (température dépassant les 150°) ce que ne permettent pas les colles. En effet le dépôt d’un traitement optique nécessite généralement pour obtenir des couches de bonne qualité de chauffer le composant. L’adhérence de ce type de dépôt sur des composés organiques tel que les colles qui se rétractent beaucoup en refroidissant génère également des défauts de qualité du composant final.

Ainsi, par exemple, un traitement opaque dans le domaine spectral de détection 150, 151, structuré, peut être déposé sur l’une et/ou l’autre des faces du composant optique passif 100 pour former, comme cela est illustré sur la FIG. 2E des masques d’ouvertures au niveau de chacun des composants optiques élémentaires. Chaque masque d’ouverture, également appelé diaphragme d’ouverture, permettra de limiter l’entrée de lumière parasite une fois le composant optique passif agencé dans le module de détection. Le dépôt des traitements optiques 150, 151 peut être réalisé par différentes techniques telles que la lithographie UV, suivi d’un dépôt par Lift-off ou d’une gravure chimique. Quelle que soit la technique de dépôt utilisée, le dépôt après assemblage permet un positionnement extrêmement précis des masques d’ouverture.

Ainsi grâce au procédé selon la présente description, il est tout à la fois possible de sélectionner avant assemblage les composants optiques élémentaires présentant le moins de défauts, ce qui permet d’optimiser le rendement de fabrication des composants optiques passifs ainsi obtenus, puis de former d’éventuels traitements optiques après assemblage, ce qui confère de très bonnes performances au composant optique final.

Par ailleurs, dans un composant optique passif tel que décrit précédemment, les couches d’apprêt et la brasure tendre utilisées pour solidariser les composants optiques élémentaires entre eux sont fabriquées à partir de matériaux métalliques. Il existe donc, entre deux composants optiques élémentaires, une continuité électrique qui permet l’écoulement des charges électrostatiques au voisinage de la barrette de détection.

Les FIGS. 3A-3C représentent de façon plus détaillée des exemples d’assemblage de composants optiques élémentaires.

En particulier, la FIG. 3B représente un exemple d’un assemblage 100 de composants optiques élémentaires 111 - 114 présentant chacun des fonctions optiques spécifiques ou identiques. Chaque composant optique élémentaire est fixé à un composant optique élémentaire voisin par l’intermédiaire d’une brasure tendre 130. L’assemblage 100 de composants optiques élémentaires comprend en outre dans cet exemple des éléments de support 110 fixés par brasage tendre aux composants optiques élémentaires situés à l’extérieur de l’assemblage. Ainsi, comme représenté sur la FIG. 3B, les composants optiques élémentaires 111 et 114 sont solidarisés non seulement avec leurs composants optiques élémentaires voisins, respectivement 112 et 113, mais également chacun avec un élément de support 110. Chaque élément de support 110 peut comprendre une structure unilatérale, de type barrette, permettant de maintenir l’assemblage 100 sur un de ses cotés ou l’élément de support peut comprendre une structure multilatérale, de type cadre, permettant de maintenir l’assemblage sur plusieurs cotés. Le ou les élément(s) de support 110 sont avantageusement recouvert(s) d’une couche opaque dans le domaine spectral de détection empêchant la propagation de la lumière.

Comme illustré sur la FIG. 3A, selon un ou plusieurs modes de réalisation, la brasure tendre 130 peut être appliquée entre les faces latérales de deux composants optiques élémentaires voisins. Plus précisément, la brasure tendre 130 est déposée le long des faces latérales 111e et 112d respectivement des composants optiques élémentaires 111 et 112. Pour que la brasure tendre adhère mieux aux faces latérales des composants optiques élémentaires, chaque face latérale destinée à recevoir un dépôt de brasure tendre 130 peut être préparée avant dépôt de la brasure. Ainsi, la préparation de chaque face latérale peut comporter l’application d’une ou plusieurs couches d’apprêt. Les couches d’apprêt peuvent comprendre une couche d’accroche 131, par exemple en chrome ou titane et une couche métallique 132 mouillabie par la brasure, par exemple en or. La couche d’accroche peut être appliquée par dessus une éventuelle couche opaque. Dans une variante, la couche d’accroche est opaque, ce qui évite l’application successive d’une couche opaque puis d’une couche d’accroche.

La brasure tendre est 130 est ensuite portée à sa température de fusion, comme expliqué précédemment en lien avec la FIG. 2D.

Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la brasure tendre 130 peut également être appliquée localement sur les faces optiques des composants optiques élémentaires, au voisinage de leurs faces latérales, comme représenté sur la FIG. 3C.

Dans l’exemple de la FIG. 3C, la brasure tendre 130 est déposée localement sur les faces optiques 111b, 111c du composant optique élémentaire 111 et les faces optiques 112b, 112c du composant optique élémentaire 112, dans une zone de proximité située au voisinage de leurs faces latérales respectives 111e et 112d. Plus précisément, la brasure tendre 130 peut être déposée sur ces zones de proximité de façon à ce qu’elle chevauche les faces optiques 111b, 111c du composant optique élémentaire 111 et les faces optiques 112b, 112c du composant optique élémentaire 112. Pour que la brasure tendre adhère aux faces optiques des composants optiques élémentaires, la zone de proximité de chaque face optique destinée à recevoir un dépôt de brasure tendre 130 peut être, au préalable, préparée. La préparation des zones de proximité peut comporter l’application d’une ou plusieurs couches d’apprêt telles que décrites précédemment en lien avec la FIG. 3 A.

De la même manière que précédemment, la brasure tendre 130 est ensuite portée à sa température de fusion, comme expliqué en lien avec la FIG. 2D pour le brasage.

Selon la présente description, un composant optique passif 100 formé de composants optiques élémentaires peut être associé à une barrette de détection optique multi lignes, adaptée à la détection optique dans un domaine spectral de détection donné, pour former un module de détection optique.

La FIG. 4B représente ainsi une barrette de détection optique multi lignes 200 devant laquelle est agencé un composant optique passif 100 selon la présente description.

La barrette de détection optique 200 comporte dans cet exemple un support 210 sur lequel sont montés des groupes 211 - 214 formés chacun d’une ou plusieurs lignes de détecteurs élémentaires ou lignes de pixels. L’assemblage 100 de composants optiques élémentaires formant le composant optique passif est positionné en vis-à-vis de la barrette de détection optique 200 de telle sorte à ce que chaque composant optique élémentaire 111 - 114 fasse face à un groupe de lignes de détecteurs élémentaires. Ainsi par exemple, la zone de la face optique 112b du composant optique élémentaire 112 qui n’est pas diaphragmé par le masque d’ouverture formé par le traitement opaque 150, et qui forme la face optique active du composant optique élémentaire 112, est positionnée de telle sorte à faire face au groupe 212 de lignes de détecteurs élémentaires de la barrette de détection optique 200.

Différentes fonctions sont envisagées pour les composants optiques élémentaires.

La FIG. 4A illustre un exemple d’un composant optique élémentaire 112 présentant sur l’une de ses faces optiques 112b une fonction de filtrage spectral (traitement optique 141) et sur une autre de des faces optiques 112b une fonction de focalisation de la lumière incidente. Plus précisément, dans cet exemple, la face optique 112c du composant optique élémentaire 112 présente, dans une portion destinée à faire face au groupe 212 de lignes de détecteurs élémentaires, une surface structurée pour former une pluralité (trame ou réseau) de microlentilles 143, disposée et espacées de manière régulière de telle sorte à concentrer une partie du flux lumineux incident sur la ligne de détecteurs 212. Il devient alors possible d’implanter directement une fonction optique d’imagerie au plus près du détecteur.

En pratique, une fonction de focalisation au moyen de microlentilles peut être réalisée par structuration d’une face d’une plaque (« wafer ») à partir de laquelle sont formés une pluralité de composants optiques élémentaires. Un procédé classique de fabrication de matrices de microlentilles consiste en deux étapes principales, une première de photolithographie puis une seconde de gravure. Une ablation physique sans recours à la lithographie ou un moulage peut également être mise en œuvre.

Comme décrit précédemment, différentes fonctions optiques peuvent être portées par l’une et/ou l’autre des faces optiques des composants optiques élémentaires, telles que par exemple des fonctions de filtrage spectral et de focalisation du flux lumineux, comme décrits précédemment, ou des fonctions de filtrage de la polarisation.

En pratique, une fonction de filtrage spectral peut être réalisée par revêtement d’un traitement optique, par exemple par empilements de couches diélectriques et/ou métalliques. Comme expliqué précédemment, le revêtement optique est avantageusement déposé sur au moins une face d’une plaque (« wafer ») à partir de laquelle est formée une pluralité de composants optiques élémentaires.

Une fonction de filtrage en polarisation peut être réalisée par structuration d’une face optique, par exemple avec des grilles métalliques ou diélectriques. Une fonction de filtrage en polarisation par absorption peur être réalisé par un réseau métallique sub-longueur d’onde. Les longueurs d’onde qui sont transmises sont celles dont le champ électrique est perpendiculaire à la direction du réseau. Les films laminés polarisants linéaires appliqués en surface d’une lame de verre sont également très bien adaptés. Comme expliqué précédemment, la structuration est avantageusement réalisée sur au moins une face d’une plaque (« wafer ») à partir de laquelle est formée une pluralité de composants optiques élémentaires.

Des exemples d’assemblages de composants optiques élémentaires présentant différentes fonctions optiques sont représentés sur les FIGS. 5A-5D.

La FIG. 5A représente, par exemple, un composant optique passif 100 dans lequel des traitements spectraux 141, différents ou identiques, recouvrent des faces optiques de chacun des composants optiques élémentaires le formant, l’autre face optique de chacun des composants optiques élémentaires comportant des microlentilles 143.

La figure 5B représente, par exemple, un composant optique passif 100 dans lequel des traitements spectraux 141, différents ou identiques, recouvrent des faces optiques de chacun des composants optiques élémentaires le formant, d’autres traitements spectraux 146 recouvrant les autres faces optiques des composants optiques élémentaires.

La FIG. 5C représente, par exemple, un composant optique passif 100 dans lequel des grilles de polarisation 144, 145, 147, 148 recouvrent des faces optiques des composants optiques élémentaires, tandis que des traitements spectraux 146 recouvrent les autres faces optiques des composants optiques élémentaires.

La FIG. 5D représente, par exemple, un composant optique passif 100 dans lequel des grilles de polarisation 144, 145, 147, 148 recouvrent des faces optiques des composants optiques élémentaires, l’autre face optique de chacun des composants optiques élémentaires comportant des microlentilles 143.

Pour l’ensemble de ces exemples, des masques d’ouvertures peuvent être formés sur l’une et/ou l’autre des faces optiques des composants optiques élémentaires par dépôt d’un traitement optique opaque dans le domaine spectral de détection 150, 151, comme cela a été décrit précédemment.

Bien entendu, ces exemples sont donnés à titre illustratif, et il est possible de combiner l’ensemble des fonctions optiques de telle sorte à obtenir au moins une fonction optique par composant optique élémentaire, les fonctions optiques des différents composants optiques élémentaires pouvant être identiques ou différentes.

La FIG. 6 illustre un exemple de module de détection 300 selon la présente description.

Le module de détection optique 300 ainsi décrit comprend un composant optique passif 100 formé d’un assemblage de composants optiques élémentaires, le composant optique passif 100 étant solidaire d’une barrette de détection optique 200. Le flux lumineux incident est représenté par une flèche.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le module de détection optique 300 peut comporter en outre un dispositif de connexion électrique 320 assurant une connexion électrique entre la barrette de détection optique 200 et une unité de traitement externe. Le dispositif de connexion électrique 320 peut être, par exemple, une nappe de connexion 321 équipée, à l’une de ses extrémités, d’un connecteur 322.

Pour permettre une mise en œuvre aisée du module de détection optique 200, ce dernier peut également comporter une embase 310 sur laquelle est fixée la barrette de détection optique 200.

Selon un ou plusieurs modes de réalisation, chaque module de détection optique 300 peut être équipé d’un support de protection portant une fenêtre (non représenté sur la FIG. 6), de telle sorte à éviter toute introduction de particules dans ledit boîtier.

Selon un exemple, le boîtier est hermétique permettant, notamment, le confinement du module de détection optique dans une atmosphère contrôlée.

La FIG. 7 représente un exemple de système de détection 400 comprenant plusieurs modules de détection optique 300, agencés les uns à coté des autres, et permettant de former un système de détection adapté pour l’imagerie grand champ et grande résolution. Dans l’exemple de la FIG. 7, le système de détection 400 comporte un socle 410 sur lequel sont montés, de façon adjacente, les modules de détection optique 300. Dans cet exemple, le déplacement relatif de la scène par rapport au système de détection 400 se fait suivant la direction représentée par la flèche Fl, perpendiculaire à la direction du flux incident représentée par la flèche F2.

Bien que décrite à travers un certain nombre d’exemples de réalisation détaillés, le composant optique passif selon la présente description comprend différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l’homme de l’art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l’invention, telle que définie par les revendications qui suivent.

Claims

REVENDICATIONS

1. Composant optique passif pour module de détection optique adapté à la détection dans un domaine spectral de détection donné, comprenant au moins deux composants optiques élémentaires (111, 112) adaptés chacun à réaliser au moins une fonction optique, dans lequel : chaque composant optique élémentaire (111) comprend un substrat longitudinal (111a) en matériau transparent dans le domaine spectral de détection, ledit substrat comprenant deux faces optiques (111b, 111c) au travers desquelles la lumière est apte à se propager et deux faces latérales (1 î Id, 111e); les composants optiques élémentaires sont plaqués deux à deux face latérale contre face latérale et fixés entre eux par brasage tendre, de telle sorte à former le composant optique passif (100).
2. Composant optique passif selon la revendication 1 comprenant en outre au moins un élément de support (110) fixé à l’un au moins de composants optiques élémentaires (111) par brasage tendre.
3. Composant optique passif selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, comprenant, sur au moins l’une de ses faces (100a, 100b), un traitement opaque dans le domaine spectral de détection, structuré pour former des ouvertures au niveau des composants optiques élémentaires, en particulier des diaphragmes d’ouverture,
4. Composant optique passif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel une brasure (130) est disposée sur les faces latérales (Ille, 112d) des composants optiques élémentaires (111, 112).
5. Composant optique passif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel une brasure (130) est disposée localement sur ies faces optiques (111b, 111c, 112b, 112c) des composants optiques élémentaires (111, 112) et, en particulier, sur des zones situées au voisinage des faces latérales respectives (111e, 112d) des composants optiques élémentaires de sorte que la brasure chevauche les faces optiques (111b, 111c, 112b, 112c) des composants optiques élémentaires (111, 112).
6. Composant optique passif selon l’une quelconque des revendications I à 5, dans lequel au moins l’un desdits composants optiques élémentaires (111) comprend, sur au moins l’une de ses faces latérales (11 ld, 1 lie), un traitement opaque.
7. Composant optique passif selon l’une quelconque des revendications I à 6, dans lequel une ou plusieurs couches d’apprêt sont prévues localement sur chacun des composants optiques élémentaires (111, 112), à l’emplacement prévu pour ia brasure tendre, pour que la brasure tendre adhère mieux aux composants optiques élémentaires (111, 112).
8. Composant optique passif selon les revendications 6 et 7, dans lequel le traitement opaque est formé par la ou les couches d’apprêt.
9. Composant optique passif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel au moins l’un desdits composants optiques élémentaires (111) comprend, sur au moins l’une de ses faces latérales (llld, 11 le) une couche d’accroche et/ou une couche métallique mouillabie (131).
10. Composant optique passif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel au moins l’un desdits composants optiques élémentaires (111) comprend, sur au moins l’une de ses faces optiques (111b, 111c), un traitement spectral (141, 146) adapté à ia transmission de la lumière dans une bande spectrale du domaine spectral de détection.
11. Module de détection optique pour la formation d’images comprenant : - une barrette de détection optique muîti lignes (200) pour la détection dans un domaine spectral de détection donné; et un composant optique passif (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, agencé de telle sorte à ce qu’un composant optique élémentaire (111) se trouve en regard d’un groupe (211) d’une ou plusieurs lignes.
12. Système de détection pour imagerie grand champ et grande résolution, comprenant un agencement de plusieurs modules de détection optique selon la revendication 11.
13. Procédé de fabrication d’un composant optique passif destiné à être intégré dans un module de détection pour la détection dans un domaine spectral de détection donné, le procédé comprenant : 1a fourniture de plaques (101), chaque plaque étant formée dans un substrat transparent dans ledit domaine spectral de détection et comprenant une ou plusieurs fonctions optiques, la découpe de chaque plaque (101) pour former des composants optiques élémentaires (111), chaque composant optique élémentaire, de forme longitudinale, comprenant deux faces optiques (111b, 111c) au travers desquelles la lumière est apte à se propager et deux faces latérales (1 î ld, 111e) ; et Γassemblage deux à deux des composants optiques élémentaires, face latérale contre face latérale, par brasage tendre pour former le composant optique passif.
14. Procédé de fabrication selon la revendication 13, dans lequel les fonctions optiques comprennent des fonctions de filtrage spectral et/ou filtrage par polarisation et/ou focalisation de la lumière.
15. Procédé de fabrication selon la revendication 13 ou 14, comprenant en outre, après l’assemblage, le dépôt d’un traitement opaque (150) dans le domaine spectral de détection sur au moins une face du composant optique passif pour former, en particulier, des diaphragmes d’ouverture au niveau des composants optiques élémentaires.
16. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel un traitement opaque est appliqué sur au moins l’une des faces latérales des composants optiques élémentaires
17. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel une ou plusieurs couches d’apprêt sont appliquées localement sur chacun des composants optiques élémentaires, à l’emplacement prévu pour la brasure tendre, pour que la brasure tendre adhère mieux aux composants optiques élémentaires.
18. Procédé de fabrication selon les revendications 16 et 17, dans lequel le traitement opaque est formé par la ou îes couches d’apprêt.
19. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 13 à 18, dans lequel une couche d’accroche et/ou une couche métallique mouillable (131) sont appliquées sur au moins l’une des faces latérales des composants optiques élémentaires.
20. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 13 à 19, dans lequel le brasage tendre est effectué à température ambiante.