FR3113433A1 - Système d'acquisition d'images à haute résolution - Google Patents
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Abstract
Système d'acquisition d'images à haute résolution
La présente description concerne un système d'acquisition d'images (10) d'un objet (12) comprenant un empilement de couches dont l'épaisseur totale est inférieure à 600 µm, ledit empilement comprenant un capteur d'images (14) comprenant une matrice de photodétecteurs (16), une source (20) d'un rayonnement (RF) ayant une épaisseur inférieure à 400 µm et comprenant des première et deuxième faces opposées (22, 24), la deuxième face étant orientée du côté du capteur d'images, la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la première face étant supérieure à 100 µW/cm2, le rapport entre la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la deuxième face et la première face étant inférieur à 0,4, la transmittance de la source à ladite partie du rayonnement étant supérieure à 15 %, et un filtre angulaire (18) recouvrant le capteur d'images et interposé entre la source et le capteur d'images.
Figure pour l'abrégé : Fig. 2
Description
La présente description concerne de façon générale un système d'acquisition d'images à haute résolution, plus particulièrement un système d'acquisition d'images comprenant une source lumineuse.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un exemple d'un système d'acquisition d'images 1 d'un objet 2, par exemple pour l'acquisition de l'empreinte digitale d'un doigt.
Le système d'acquisition d'images 1 comprend, de bas en haut en :
- une dalle lumineuse 3 ;
- un support 4 transparent au rayonnement fourni par la dalle lumineuse 3 ;
- un capteur d'images 5 comprenant une matrice de cellules photosensibles 6, également appelées photodétecteurs ; et
- un revêtement 7.
- une dalle lumineuse 3 ;
- un support 4 transparent au rayonnement fourni par la dalle lumineuse 3 ;
- un capteur d'images 5 comprenant une matrice de cellules photosensibles 6, également appelées photodétecteurs ; et
- un revêtement 7.
La dalle lumineuse 3 émet un rayonnement avant RF qui est réfléchi par l'objet 2 à imager, le rayonnement réfléchi RR étant capté par les photodétecteurs 6. L'utilisation d'une dalle lumineuse 3 permet notamment l'acquisition d'images indépendamment des conditions lumineuses ambiantes.
Il doit généralement être prévu un écran entre chaque cellule photosensible 6 et la dalle lumineuse 3 pour éviter que les photodétecteurs 6 ne soient saturés par le rayonnement avant RF. Un inconvénient du système d'acquisition d'images 1 représenté en figure est qu'il peut toutefois être difficile d'empêcher complètement que les rayons obliques du rayonnement incident RI n'atteignent directement les photodétecteurs 6.
Un autre inconvénient du système d'acquisition d'images 1 représenté en est que, en plus du rayonnement réfléchi RR provenant de la réflexion spéculaire du rayonnement incident RI sur l'objet 2 à détecter, on peut observer un rayonnement réfléchi par diffusion RD qui est également capté par les photodétecteurs 6 et qui dégrade les images acquises par le système d'acquisition 1.
Ainsi, un objet d'un mode de réalisation est de pallier au moins en partie les inconvénients des systèmes d'acquisition d'images décrits précédemment.
Un autre objet d’un mode de réalisation est d'améliorer la qualité des images acquises par le système d'acquisition d'images.
Un autre objet d’un mode de réalisation est que les risques de saturation des photodétecteurs par exposition directe au rayonnement émis par la source lumineuse sont réduits.
Un autre objet d’un mode de réalisation est que la distance entre l'objet à imager et la partie sensible du système d'acquisition d'images est inférieure au centimètre.
Un autre objet d’un mode de réalisation est que le procédé de fabrication du système d'acquisition d'images puisse être mis en oeuvre à une échelle industrielle.
Un mode de réalisation prévoit un système d'acquisition d'images d'un objet comprenant un empilement de couches dont l'épaisseur totale est inférieure à 600 µm, ledit empilement comprenant :
- un capteur d'images comprenant une matrice de photodétecteurs ;
- une source d'un rayonnement ayant une épaisseur inférieure à 400 µm et comprenant des première et deuxième faces opposées, ladite source comprenant une diode électroluminescente organique non pixelisée recouvrant la totalité du capteur d'images ou comprenant un guide de lumière recouvrant la totalité du capteur d'images, les photodétecteurs étant adaptés à détecter au moins une partie dudit rayonnement réfléchi par l'objet, la deuxième face étant orientée du côté du capteur d'images, la deuxième face recouvrant la totalité de la matrice de photodétecteurs, la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la première face étant supérieure à 100 µW/cm2, le rapport entre la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la deuxième face et la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la première face étant inférieur à 0,4, la transmittance de la source à ladite partie du rayonnement étant supérieure à 15 % ; et
- un filtre angulaire recouvrant le capteur d'images et interposé entre la source et le capteur d'images, et adapté à bloquer les rayons dudit rayonnement dont l'incidence par rapport à une direction orthogonale à la première face est supérieure à un seuil et à laisser passer des rayons dudit rayonnement dont l'incidence par rapport à une direction orthogonale à la première face est inférieure au seuil.
- un capteur d'images comprenant une matrice de photodétecteurs ;
- une source d'un rayonnement ayant une épaisseur inférieure à 400 µm et comprenant des première et deuxième faces opposées, ladite source comprenant une diode électroluminescente organique non pixelisée recouvrant la totalité du capteur d'images ou comprenant un guide de lumière recouvrant la totalité du capteur d'images, les photodétecteurs étant adaptés à détecter au moins une partie dudit rayonnement réfléchi par l'objet, la deuxième face étant orientée du côté du capteur d'images, la deuxième face recouvrant la totalité de la matrice de photodétecteurs, la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la première face étant supérieure à 100 µW/cm2, le rapport entre la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la deuxième face et la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la première face étant inférieur à 0,4, la transmittance de la source à ladite partie du rayonnement étant supérieure à 15 % ; et
- un filtre angulaire recouvrant le capteur d'images et interposé entre la source et le capteur d'images, et adapté à bloquer les rayons dudit rayonnement dont l'incidence par rapport à une direction orthogonale à la première face est supérieure à un seuil et à laisser passer des rayons dudit rayonnement dont l'incidence par rapport à une direction orthogonale à la première face est inférieure au seuil.
Selon un mode de réalisation, le guide de lumière comprend un coeur interposé entre des première et deuxième gaines, la deuxième gaine étant disposée entre le coeur et le filtre angulaire, l'indice de réfraction du coeur pour le rayonnement étant supérieur à l'indice de réfraction des première et deuxième gaines pour le rayonnement.
Selon un mode de réalisation, le système d'acquisition d'images comprend, entre la deuxième gaine et le coeur, des motifs de taille micrométrique se projetant en relief de la deuxième gaine dans le coeur.
Selon un mode de réalisation, le guide de lumière comprend une zone par laquelle le rayonnement est injecté dans le guide de lumière, et la densité surfacique des motifs sur la deuxième gaine augmente en s'éloignant de ladite zone.
Selon un mode de réalisation, le rayonnement est dans le domaine visible et/ou dans le domaine infrarouge.
Selon un mode de réalisation, le filtre angulaire comprend :
- une matrice d'éléments de focalisation de taille micrométrique ; et
- une couche opaque au rayonnement et traversée par des trous, les trous étant remplis d'air ou d'un matériau au moins partiellement transparent audit rayonnement.
- une matrice d'éléments de focalisation de taille micrométrique ; et
- une couche opaque au rayonnement et traversée par des trous, les trous étant remplis d'air ou d'un matériau au moins partiellement transparent audit rayonnement.
Selon un mode de réalisation, pour chaque trou, le rapport entre la hauteur du trou, mesurée perpendiculairement à la première face, et la largeur du trou, mesurée parallèlement à la première face, varie de 1 à 10.
Selon un mode de réalisation, les trous sont agencés en rangées, le pas entre des trous adjacents d'une même rangée ou d'une même colonne variant de 1 µm à 30 µm.
Selon un mode de réalisation, la hauteur de chaque trou, mesurée selon une direction orthogonale à la première face, varie de 1 µm à 1 mm.
Selon un mode de réalisation, la largeur de chaque trou, mesurée parallèlement à la première face, varie de 2 µm à 30 µm.
Selon un mode de réalisation, les éléments de focalisation de taille micrométrique sont des lentilles de taille micrométrique.
Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs comprennent des photodiodes organiques.
Selon un mode de réalisation, le système d'acquisition d'images comprend en outre un polariseur recouvrant la première face.
Selon un mode de réalisation, le système d'acquisition d'images comprend en outre un deuxième polariseur.
Selon un mode de réalisation, le premier polariseur est interposé entre la source lumineuse et l'objet à imager et le deuxième polariseur est interposé entre la source lumineuse et le filtre angulaire.
Un mode de réalisation prévoit également l'utilisation du système d'acquisition d'images tel que décrit précédemment pour la détection d'un objet, notamment au moins une empreinte digitale d'un utilisateur, par imagerie de contact.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. En outre, seuls les éléments utiles à la compréhension de la présente description ont été représentés et sont décrits. En particulier, les moyens de traitement des signaux fournis par les systèmes d'acquisition d'images décrits ci-après sont à la portée de l'homme de l'art et ne seront pas décrits.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., il est fait référence à l'orientation des figures ou à un système d'acquisition d'images dans une position normale d'utilisation. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. Dans le cas d'un angle, sauf indication contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10° près. En outre, on considère ici que les termes "isolant" et "conducteur" signifient respectivement "isolant électriquement" et "conducteur électriquement".
Dans la suite de la description, la transmittance interne d'une couche correspond au rapport entre l'intensité du rayonnement sortant de la couche et l'intensité du rayonnement entrant dans la couche. L'absorption de la couche est égale à la différence entre le chiffre 1 (ce qui correspond à une transmittance parfaite pour laquelle toute la lumière incidente est transmise) et la transmittance interne. Dans la suite de la description, une couche est dite transparente à un rayonnement lorsque l’absorption du rayonnement au travers de la couche est inférieure à 75 %. Dans la suite de la description, une couche est dite absorbante ou opaque à un rayonnement lorsque l'absorption du rayonnement dans la couche est supérieure à 75 %. Lorsqu'un rayonnement présente un spectre de forme générale "en cloche", par exemple de forme gaussienne, ayant un maximum, on appelle longueur d'onde du rayonnement, ou longueur d'onde centrale ou principale du rayonnement, la longueur d'onde à laquelle le maximum du spectre est atteint. Dans la suite de la description, l'indice de réfraction d'un matériau correspond à l'indice de réfraction du matériau pour la plage de longueurs d'onde du rayonnement émis par la source lumineuse du système d'acquisition d'images. Sauf indication contraire, l'indice de réfraction est considéré sensiblement constant sur la plage de longueurs d'onde du rayonnement émis par la source lumineuse du système d'acquisition d'images, par exemple égal à la moyenne de l'indice de réfraction sur la plage de longueurs d'onde du rayonnement émis par la source lumineuse du système d'acquisition d'images.
De plus, dans la suite de la description, on appelle "rayonnement utile" le rayonnement électromagnétique capté par le capteur d'images du système d'acquisition d'images et longueur d'onde utile la longueur d'onde centrale du rayonnement utile. Dans la suite de la description, on appelle lumière visible un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 700 nm et on appelle rayonnement infrarouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1 mm. Dans le rayonnement infrarouge, on distingue notamment le rayonnement infrarouge proche dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1,4 µm.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images 10 d'un objet 12. Le système d'acquisition d'images 10 comprend, du bas vers le haut en :
- un capteur d'images 14 comprenant une matrice de photodétecteurs 16 ;
- un filtre angulaire 18 ; et
- une source lumineuse 20, le filtre angulaire 18 étant interposé entre le capteur d'images 14 et la source lumineuse 20.
- un capteur d'images 14 comprenant une matrice de photodétecteurs 16 ;
- un filtre angulaire 18 ; et
- une source lumineuse 20, le filtre angulaire 18 étant interposé entre le capteur d'images 14 et la source lumineuse 20.
Le système d'acquisition d'images 10 comprend, en outre, des moyens non représentés de traitement des signaux fournis par le capteur d’images 14, comprenant par exemple un microprocesseur.
Dans le présent mode de réalisation, la source lumineuse 20 est interposée entre l'objet 12 à imager et le capteur d'images 14. La source lumineuse 20 comprend une face supérieure 22 orientée du côté de l'objet 12 et une face inférieure 24 opposée à la face supérieure 22 et orientée du côté du filtre angulaire 18. De préférence, les faces 22 et 24 sont planes et parallèles.
La source 20 émet le rayonnement avant RF par la face supérieure 22. Une partie du rayonnement avant RF est réfléchie et/ou diffusée par l'objet 12 et forme un rayonnement renvoyé RO vers le système d'acquisition d'images 10. La source 20 émet en outre un rayonnement arrière par la face inférieure 24. La totalité du rayonnement, appelé rayonnement incident RI par la suite, qui atteint le filtre angulaire 18 comprend le rayonnement arrière émis par la source 20 et la partie du rayonnement renvoyé RO ayant traversé la source 20.
Selon un mode de réalisation, l'épaisseur totale de la source 20, c’est-à-dire la distance entre les faces 22 et 24, est inférieure à 400 µm, de préférence inférieure à 300 µm, plus préférentiellement inférieure à 250 µm. De préférence, la source 20 ne comprend pas de partie remplie d'air ou de vide partiel. La surface totale de zone d'émission de la source, vue selon une direction orthogonale à la face supérieure 22, est supérieure à 2 cm2, de préférence supérieure à 5 cm2, plus préférentiellement supérieure à 10 cm2, en particulier supérieure à 60 cm2.
Selon un mode de réalisation, la densité surfacique du flux énergétique émis par la source 20 par la face supérieure 22 est supérieure à la densité surfacique du flux énergétique émis par la source 20 par la face inférieure 24. De préférence, le rapport entre la densité surfacique du flux énergétique émis par la source 20 par la face inférieure 24 et la densité surfacique du flux énergétique émis par la source 20 par la face supérieure 22 est inférieur à 0,4, de préférence inférieur à 0,3, plus préférentiellement inférieure à 0,2, en particulier inférieur à 0,15. Selon un mode de réalisation, la densité surfacique du flux énergétique émis par la source 20 par la face supérieure 22 est supérieure à 600 µW/cm2.
Selon un mode de réalisation, la densité surfacique du flux énergétique émis par la source 20 par la face supérieure 22 est sensiblement uniforme sur l'ensemble de la face supérieure 22. En appelant Imax la densité surfacique maximale du flux énergétique émis par la source 20 par la face supérieure 22 et Imin la densité surfacique minimale du flux énergétique émis par la source 20 par la face supérieure 22, on définit le rapport U, qui est représentatif de l'uniformité de la densité surfacique de la face supérieure 22, selon la relation suivante :
Selon un mode de réalisation, le rapport U est inférieur à 0,2, de préférence inférieur 0,15, plus préférentiellement inférieur à 0,12.
La source 20 est au moins en partie transparente au rayonnement renvoyé par l'objet 12. Selon un mode de réalisation, la transmittance de la source à la longueur d'onde utile est supérieure à 15 %, préférentiellement supérieure à 20 %, plus préférentiellement supérieure à 25 %.
Le rayonnement avant émis par la source 20 peut être un rayonnement visible et/ou un rayonnement infrarouge. Selon un mode de réalisation, la longueur d'onde utile est comprise entre 500 nm et 550 nm, par exemple égale à environ 530 nm.
Selon un mode de réalisation, l'épaisseur totale du système d'acquisition d'images 10 est inférieure à 600 µm. Ceci permet de réaliser un système d'acquisition d'images 10 qui est flexible.
Le capteur d'images 14 comprend un support 26 et les photodétecteurs 16, disposés entre le support 26 et le filtre angulaire 18. Les photodétecteurs 16 peuvent être recouverts d'un revêtement de protection transparent 28. Le capteur d’images 14 comprend, en outre, des pistes conductrices et des éléments de commutation, notamment des transistors, non représentés, permettant la sélection des photodétecteurs 16. Les photodétecteurs 16 peuvent être réalisés en matériaux organiques. Les photodétecteurs 16 peuvent correspondre à des photodiodes organiques (OPD, de l'anglais Organic Photodiode) ou à des photorésistances organiques. La surface du capteur d'images 14 en regard du filtre angulaire 18 et contenant les photodétecteurs 16 est supérieure à 1 cm2, de préférence supérieure à 5 cm2, plus préférentiellement supérieure à 10 cm2, en particulier supérieure à 20 cm2.
Le filtre angulaire 18 est adapté à filtrer le rayonnement incident RI, qui comprend le rayonnement arrière émis par la source 20 et la partie du rayonnement renvoyé RO ayant traversé la source 20, en fonction de l’incidence du rayonnement par rapport à la face 24, notamment pour que chaque photodétecteur 16 reçoive seulement les rayons dont l'incidence par rapport à un axe perpendiculaire à la face 24 est inférieure un angle d'incidence maximale inférieur à 45°, de préférence inférieur à 20°, plus préférentiellement inférieur à 10°, encore plus préférentiellement inférieur à 5°, en particulier inférieur à 4 °. Le filtre angulaire 18 est adapté à bloquer les rayons du rayonnement incident RI dont l'incidence par rapport à un axe perpendiculaire à la face 24 est supérieure à l'angle d'incidence maximale.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, du système d'acquisition d'images 10 illustrant un mode de réalisation plus détaillé de la source lumineuse 20 et la est une vue de dessus, partielle et schématique, de la source lumineuse 20 de la .
Dans le présent mode de réalisation, la source lumineuse 20 comprend une diode électroluminescente, notamment une diode électroluminescente organique (OLED, de l'anglais Organic Light-Emitting Diode). La source lumineuse 20 comprend un empilement de couches comprenant une première couche d'électrode 40, une couche active organique 42, et une deuxième couche d'électrode 44, la couche active 42 étant prise en sandwich entre les couches d'électrode 40 et 44. La couche active 42 est la région depuis laquelle est émise la majorité du rayonnement électromagnétique fourni par la source 20. La source lumineuse 20 peut, en outre, comprendre un revêtement 46, délimitant la face supérieure 22 et recouvrant la couche d'électrode 40, du côté de la couche d'électrode 40 opposé à la couche active 42, et un revêtement 48, délimitant la face inférieure 24 et recouvrant la couche d'électrode 44, du côté de la couche d'électrode 44 opposé à la couche active 42. Les couches d'interface 40 et 44 et les revêtements 46 et 48 sont transparents au rayonnement utile.
La source lumineuse 20 peut, en outre, comprendre une bande conductrice 50 au contact de la première couche d'électrode 40 sur une partie de la périphérie de la première couche d'électrode 40 et une bande conductrice 52 au contact de la deuxième couche d'électrode 44 sur une partie de la périphérie de la deuxième couche d'électrode 44. Les bandes conductrices 50, 52 sont destinées à être connectées à un circuit de commande de la diode électroluminescente 20 et facilitent l'injection et/ou la collecte du courant dans les couches d'électrode 40 et 44. Les bandes conductrices 50 et 52 peuvent être opaques au rayonnement utile.
En , on a représenté de façon schématique en traits pleins la bande conductrice 50 et la couche d'électrode 40 et en traits pointillés la couche active 42 dans le cas où la couche d'électrode 40 est la couche injectrice d'électrons. En , la couche d'électrode 40 a une forme rectangulaire comprenant des premier et deuxième bords 54 et 56 opposés et des troisième et quatrième bords 58 et 60 opposés. Selon un mode de réalisation, la bande conductrice 50 s'étend sur la totalité du premier bord 54 de la couche d'électrode 40 et se prolonge sur une partie des troisième et quatrième bords 58 et 60 de la couche d'électrode 40. A titre d'exemple, la bande conductrice 50 peut s'étendre sur un 1/6ème, 1/4, 1/2, 3/4, ou la totalité de la longueur de chacun des troisième et quatrième bords 58 et 60. De préférence, la bande conductrice 50 ne s'étend pas le long du bord 56.
La couche d'électrode 40 ou 44 peut correspondre à une couche injectrice d'électrons ou à une couche injectrice de trous. Le travail de sortie de la couche d'électrode 40 ou 44 est adapté à bloquer, collecter ou injecter des trous et/ou des électrons suivant que cette couche d'électrode joue le rôle d'une cathode ou d'une anode. Plus précisément, lorsque la couche d'électrode 40 ou 44 joue le rôle d'anode, elle correspond à une couche injectrice de trous et bloqueuse d'électrons. Le travail de sortie de la couche d'électrode 40 ou 44 est alors supérieur ou égal à 4,5 eV, de préférence supérieur ou égal à 5 eV. Lorsque la couche d'électrode 40 ou 44 joue le rôle de cathode, elle correspond à une couche injectrice d'électrons et bloqueuse de trous. Le travail de sortie de la couche d'électrode 40 ou 44 est alors inférieur ou égal à 4,5 eV, de préférence inférieur ou égal à 4,2 eV.
Dans le cas où la couche d'électrode 40 ou 44 joue le rôle d'une couche injectrice d'électrons, le matériau composant la couche d'électrode 40 ou 44 est choisi parmi le groupe comprenant :
- un oxyde métallique, notamment un oxyde de titane ou un oxyde de zinc ;
- un système hôte/dopant moléculaire, notamment les produits commercialisés par la société Novaled sous les appellations NET-5/NDN-1 ou NET-8/MDN-26 ;
- un polymère conducteur ou semiconducteur dopé, par exemple le polymère PEDOT:Tosylate qui est un mélange de poly(3,4)-éthylènedioxythiophène et de tosylate ;
- un carbonate, par exemple du CsCO3;
- un polyélectrolyte, par exemple du poly[9,9-bis(3'-(N,N-diméthylamino)propyl)-2,7-fluorène-alt-2,7-(9,9-dioctyfluorène)] (PFN), du poly[3- (6- triméthylammoniumhexyl) thiophène] (P3TMAHT) ou du poly[9,9-bis(2-éthylhexyl) fluorène]-b-poly[3-(6- triméthylammoniumhexyl] thiophène (PF2/6-b-P3TMAHT) ;
- un polymère de polyéthylèneimine (PEI) ou un polymère de polymère de polyéthylèneimine éthoxylée (PEIE), propoxylée et/ou butoxylée ; et
- un mélange de deux ou de plus de deux de ces matériaux.
- un oxyde métallique, notamment un oxyde de titane ou un oxyde de zinc ;
- un système hôte/dopant moléculaire, notamment les produits commercialisés par la société Novaled sous les appellations NET-5/NDN-1 ou NET-8/MDN-26 ;
- un polymère conducteur ou semiconducteur dopé, par exemple le polymère PEDOT:Tosylate qui est un mélange de poly(3,4)-éthylènedioxythiophène et de tosylate ;
- un carbonate, par exemple du CsCO3;
- un polyélectrolyte, par exemple du poly[9,9-bis(3'-(N,N-diméthylamino)propyl)-2,7-fluorène-alt-2,7-(9,9-dioctyfluorène)] (PFN), du poly[3- (6- triméthylammoniumhexyl) thiophène] (P3TMAHT) ou du poly[9,9-bis(2-éthylhexyl) fluorène]-b-poly[3-(6- triméthylammoniumhexyl] thiophène (PF2/6-b-P3TMAHT) ;
- un polymère de polyéthylèneimine (PEI) ou un polymère de polymère de polyéthylèneimine éthoxylée (PEIE), propoxylée et/ou butoxylée ; et
- un mélange de deux ou de plus de deux de ces matériaux.
Dans le cas où la couche d'électrode 40 ou 44 joue le rôle d'une couche injectrice de trous, le matériau composant la couche d'électrode 40 ou 44 peut être choisi parmi le groupe comprenant :
- un polymère conducteur ou semiconducteur dopé, notamment les matériaux commercialisés sous les appellations Plexcore OC RG-1100, Plexcore OC RG-1200 par la société Sigma-Aldrich, le polymère PEDOT:PSS, qui est un mélange de poly(3,4)-éthylènedioxythiophène et de polystyrène sulfonate de sodium, ou une polyaniline ;
- un système hôte/dopant moléculaire, notamment les produits commercialisés par la société Novaled sous les appellations NHT-5/NDP-2 ou NHT-18/NDP-9 ;
- un polyélectrolyte, par exemple le Nafion ;
- un oxyde métallique, par exemple un oxyde de molybdène, un oxyde de vanadium, de l'ITO, ou un oxyde de nickel ; et
- un mélange de deux ou de plus de deux de ces matériaux.
- un polymère conducteur ou semiconducteur dopé, notamment les matériaux commercialisés sous les appellations Plexcore OC RG-1100, Plexcore OC RG-1200 par la société Sigma-Aldrich, le polymère PEDOT:PSS, qui est un mélange de poly(3,4)-éthylènedioxythiophène et de polystyrène sulfonate de sodium, ou une polyaniline ;
- un système hôte/dopant moléculaire, notamment les produits commercialisés par la société Novaled sous les appellations NHT-5/NDP-2 ou NHT-18/NDP-9 ;
- un polyélectrolyte, par exemple le Nafion ;
- un oxyde métallique, par exemple un oxyde de molybdène, un oxyde de vanadium, de l'ITO, ou un oxyde de nickel ; et
- un mélange de deux ou de plus de deux de ces matériaux.
Les bandes conductrices 50 et 52 peuvent être métalliques.
La couche active 42 comprend au moins un matériau organique et peut comprendre un empilement ou un mélange de plusieurs matériaux organiques. La couche active 42 peut comprendre un mélange d'un polymère donneur d'électrons et d'une molécule accepteuse d'électrons. La zone fonctionnelle de la couche active 42 est délimitée par le recouvrement entre la couche d'électrode 40 et la couche d'électrode 44. Les courants traversant la zone fonctionnelle de la couche active 42 peuvent varier de quelques picoampères à quelques microampères.
La couche active 42 peut comprendre des petites molécules, des oligomères ou des polymères. Il peut s'agir de matériaux organiques ou inorganiques. La couche active 42 peut comprendre un matériau semiconducteur ambipolaire, ou un mélange d'un matériau semiconducteur de type N et d'un matériau semiconducteur de type P, par exemple sous forme de couches superposées ou de mélange intime à l’échelle nanométrique de façon à former une hétérojonction en volume.
Des exemples de polymères semiconducteurs de type P adaptés à la réalisation de la couche active 42 sont le poly(3-hexylthiophène) (P3HT), le poly[N- 9’-heptadécanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thiényl-2’,1’,3’-benzothiadiazole)] (PCDTBT), le Poly[(4,8-bis-(2-éthylhexyloxy)-benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophène)-2,6-diyl-alt-(4-(2-éthylhexanoyl)-thie-no[3,4-b]thiophène))-2,6-diyl];4,5-b']dithi-ophène)-2,6-diyl-alt-(5,5'-bis(2-thiényl)-4,4,-dinonyl-2,2'-bithiazole)-5',5''-diyl] (PBDTTT-C), le poly[2-méthoxy-5-(2-éthyl-hexyloxy)-1,4-phény¬lène-vinylène] (MEH-PPV) ou le Poly[2,6-(4,4-bis-(2-éthylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophène)-alt-4,7(2,1,3-benzo¬thiadiazole)] (PCPDTBT).
Des exemples de matériaux semiconducteurs de type N adaptés à la réalisation de la couche active 42 sont les fullerènes, notamment le C60, le [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyle ([60]PCBM), le [6,6]-phényl-C71-butanoate de méthyle ([70]PCBM), le pérylène diimide, l'oxyde de zinc (ZnO) ou des nanocristaux permettant la formation de boîtes quantiques, en anglais quantum dots.
Les revêtements 46 et 48 peuvent être en verre ou en polymère, notamment les polymères formés à base de tétrafluoroéthylène (TFE).
La est une vue en coupe, partielle et schématique, du système d'acquisition d'images 10 illustrant un autre mode de réalisation plus détaillé de la source 20 dans lequel la source lumineuse correspond à un guide d'ondes lumineuses, également appelé guide d'ondes ou guide de lumière, recouvrant le filtre angulaire 18 et dans lequel est injecté un rayonnement fourni par une source émettrice 70, comprenant par exemple des diodes électroluminescentes. Le rayonnement peut être injecté dans le guide d'ondes 20 depuis la périphérie du guide d'ondes, selon un seul côté ou plusieurs côtés du guide d'ondes 20. Selon un mode de réalisation, toutes les diodes électroluminescentes peuvent émettre un rayonnement à la même longueur d'onde centrale ou des diodes électroluminescentes peuvent émettre des rayonnements à des longueurs d'onde centrales différentes. Dans le mode de réalisation représenté en , le rayonnement est injecté dans le guide d'ondes 20 depuis un bord latéral 72 du guide d'ondes 20. Selon un autre mode de réalisation, le rayonnement est injecté dans le guide d'ondes 20 à la périphérie du guide d'ondes par la face supérieure 22 ou la face inférieure 24, de préférence par la face inférieure 24.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation du guide d'ondes 20 de la . Le guide d'ondes 20 comprend, du haut vers le bas en :
- une gaine supérieure 74 délimitant la face supérieure 22 ;
- un coeur 76 ;
- une gaine inférieure 78 délimitant la face inférieure 24, le coeur 76 étant pris en sandwich entre la gaine inférieure 78 et la gaine supérieure 74 ; et
- des motifs en relief 80 de taille micrométrique reposant sur la gaine inférieure 78 du côté du coeur 76.
- une gaine supérieure 74 délimitant la face supérieure 22 ;
- un coeur 76 ;
- une gaine inférieure 78 délimitant la face inférieure 24, le coeur 76 étant pris en sandwich entre la gaine inférieure 78 et la gaine supérieure 74 ; et
- des motifs en relief 80 de taille micrométrique reposant sur la gaine inférieure 78 du côté du coeur 76.
Le coeur 76 peut avoir une structure monocouche ou une structure multicouche. Dans le cas où le coeur a une structure multicouche, toutes les couches composant le coeur 76 ont sensiblement le même indice de réfraction. En particulier, le coeur 76 peut comprendre au moins un empilement de première et deuxième sous-couches, non représentées en , de matériaux différents ayant des indices de réfraction sensiblement égaux, la première sous-couche formant la majeure partie du coeur 76 et la deuxième sous-couche recouvrant la gaine inférieure 78 et les motifs 80 et n'étant présente que pour permettre la formation des motifs 80. La gaine supérieure 74, la gaine inférieure 78, et les motifs 80 peuvent être composés du même matériau ou de matériaux différents. Les motifs 80 peuvent être du même matériau que la gaine inférieure 78. En particulier, les motifs 80 et la gaine inférieure 78 peuvent constituer une structure monobloc. En particulier, les motifs 80 et la gaine inférieure 78 peuvent correspondre à un film d'air. L'indice de réfraction du matériau composant le coeur 76 est supérieur à l'indice de réfraction du matériau composant la gaine supérieure 74, la gaine inférieure 78 et les motifs 80 ou, dans le cas où la gaine supérieure 74, la gaine inférieure 78 et/ou les motifs 80 sont en matériaux différents, des indices de réfraction des matériaux composant la gaine supérieure 74, la gaine inférieure 78 et les motifs 80.
La gaine supérieure 74 comprend une face 82 au contact du coeur 76. De préférence, la face 82 est plane et parallèle à la face supérieure 22. La gaine inférieure 78 comprend une face 84 sur laquelle reposent les motifs 80 et qui est, en dehors des motifs 80, au contact du coeur 76. De préférence, la face 44 est plane et parallèle à la face inférieure 24. La gaine supérieure 74 permet notamment d'éviter l'obtention d'une extraction de la lumière lorsque l'objet 12 vient au contact du guide d'onde 20. La gaine supérieure 74 peut en outre servir de revêtement de protection du coeur 76.
Les motifs 80 augmentent l'extraction du rayonnement injecté dans le guide d'ondes 20 par la face supérieure 22. Les motifs 80 peuvent avoir la même forme ou des formes différentes. A titre d'exemple, chaque motif 80 peut comprendre une face 86 plane inclinée par rapport à la face supérieure 22. A titre d'exemple, chaque motif 80 peut avoir une forme prismatique. La densité des motifs 80 sur la face 84 peut ne pas être constante. En particulier, la densité des motifs 80 peut augmenter lorsqu'on s'éloigne de la zone d'injection de rayonnement dans le guide d'ondes 20 ou des zones d'injection de rayonnement dans le guide d'ondes 20. A titre d'exemple, lorsque le rayonnement est injecté dans le guide d'ondes 20 sur un bord du guide d'ondes, la densité des motifs 80 sur la face 84 augmente en s'éloignant de ce bord. La variation de la densité de motifs permet de conserver une uniformité de la densité spectrale du flux du rayonnement avant émis par la face supérieure 22 alors que la densité spectrale du flux du rayonnement se propageant dans le guide d'ondes 20 diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la zone d'injection de rayonnement dans le guide d'ondes 20 ou des zones d'injection de rayonnement dans le guide d'ondes 20.
Selon un mode de réalisation, l'épaisseur du coeur 76 peut être comprise entre 100 µm et 600 µm. Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la gaine supérieure 74 peut être comprise entre 1 µm et 150 µm, de préférence entre 30 µm et 80 µm. Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la gaine inférieure 78 peut être comprise entre 1 µm et 150 µm. La hauteur maximale de chaque motif 80, mesurée par rapport à la face 84 peut être comprise entre 0,5 µm et 6 µm, de préférence entre 2 µm et 5 µm. Les motifs 80 peuvent avoir chacun une largeur inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 12 µm, plus préférentiellement entre 2 µm et 6 µm.
Selon un mode de réalisation, le coeur 76 peut être réalisé en polycarbonate (PC), polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polytéréphtalate d'éthylène (PET), ou polymère d’oléfine cyclique (COP). Selon un mode de réalisation, la gaine supérieure 74, la gaine inférieure 78, et/ou les motifs 80 peuvent être réalisés à partir d’un adhésif optiquement transparent (Optically Clear Adhesive - OCA), notamment un adhésif optiquement transparent liquide (Liquid Optically Clear Adhesive - LOCA), ou d’un matériau à bas indice de réfraction, ou d’une colle epoxy/acrylate, ou d’un film d'un gaz ou d'un mélange gazeux. Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du coeur 76 est compris entre 1,45 et 1,7, et l'indice de réfraction de la gaine supérieure 74, de la gaine inférieure 76, et des motifs 80 est compris entre 1 et 1,55. La différence entre l'indice de réfraction du coeur 76 et l'indice de réfraction de la gaine supérieure 74, de la gaine inférieure 76, et des motifs 80 est supérieure à 0,07, de préférence supérieure à 0,1. Le guide d'ondes 20 peut être réalisé selon une procédure feuille à feuille, ou une procédure rouleau à rouleau.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation du filtre angulaire 18. Le filtre angulaire 18 comprend, du bas vers le haut en :
- une couche à ouvertures 90 ayant des faces supérieure 92 et inférieure 94, par exemple planes et parallèles ;
- une couche intermédiaire 96 recouvrant la couche à ouvertures 90 ;
- une matrice d'éléments optiques 98 de focalisation de taille micrométrique ; et
- un revêtement 100.
- une couche à ouvertures 90 ayant des faces supérieure 92 et inférieure 94, par exemple planes et parallèles ;
- une couche intermédiaire 96 recouvrant la couche à ouvertures 90 ;
- une matrice d'éléments optiques 98 de focalisation de taille micrométrique ; et
- un revêtement 100.
La matrice d'éléments optiques 98 de taille micrométrique correspond par exemple à une matrice de microlentilles 98 recouvrant la couche intermédiaire 96. La couche intermédiaire 96 peut alors jouer le rôle de support de la matrice de microlentilles 98, la couche intermédiaire 96 et la matrice de microlentilles 98 pouvant correspondre à une structure monolithique. Il peut s'agir de microlentilles plan-convexe ou de microlentilles à gradient d’indice. A titre de variante, la matrice d'éléments optiques 98 de taille micrométrique peut correspondre à une matrice de réseaux de diffraction de taille micrométrique.
Le revêtement 100 comprend par exemple un empilement de plusieurs couches, par exemple deux couches 102 et 104, et comprend une face supérieure 106. De préférence, la face supérieure 106 est plane et au contact de la face inférieure 24 de la source lumineuse 20. En particulier, la couche inférieure 104 peut jouer le rôle d'une couche planarisante sur les microlentilles 98 et avoir un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction des microlentilles 98 et la couche supérieure 102 peut être un film plastique ou un film adhésif pour l’association avec le guide d'ondes 20.
La est une vue de dessous de la couche à ouvertures 90 représentée en . Dans le présent mode de réalisation, la couche à ouvertures 90 comprend une couche opaque 108 traversée par des trous 110, appelés également ouvertures. De préférence, les trous 110 sont traversants dans la mesure où ils s'étendent sur la totalité de l'épaisseur de la couche opaque 108. Selon un autre mode de réalisation, les trous 110 peuvent ne s'étendre que sur une partie de l'épaisseur de la couche opaque 108, une portion résiduelle de la couche opaque 108 demeurant au fond des trous 110. Toutefois, dans ce cas, l'épaisseur de la portion résiduelle de la couche opaque 108 au fond du trou 110 est suffisamment faible pour que l'ensemble comprenant le trou 110, éventuellement rempli, et la portion résiduelle de la couche opaque 108 au fond du trou 110 puisse être considéré comme transparent au rayonnement utile.
Selon un mode de réalisation, la répartition des trous 110 suit la répartition des microlentilles 98. A titre d'exemple, la correspond au cas où les microlentilles sont réparties selon un maillage carré. Toutefois, d'autres agencements des microlentilles 98 sont possibles, par exemple selon un maillage hexagonal. On appelle "h" l'épaisseur de la couche 90, ce qui correspond également à la hauteur des trous 110 dans le cas de trous traversants. La couche 108 est opaque à la totalité ou à une partie du spectre du rayonnement incident. La couche 108 peut être opaque au rayonnement utile, par exemple absorbante et/ou réfléchissante par rapport au rayonnement utile. Selon un mode de réalisation, la couche 108 est absorbante dans le visible ou une partie du visible et/ou le proche infrarouge et/ou l'infrarouge.
En , les trous 110 sont représentés avec une section droite circulaire. De façon générale, la section droite des trous 110 dans la vue de dessus peut être quelconque, par exemple annulaire, circulaire, ovale ou polygonale, notamment triangulaire, carrée ou rectangulaire selon le procédé de fabrication utilisé. En outre, sur la , les trous 110 sont représentés avec une section droite constante sur toute l’épaisseur de la couche opaque 108. Toutefois, la section de droite de chaque trou 110 peut varier sur l’épaisseur de la couche opaque 108. A titre d'exemple, la section droite de chaque trou 110 peut diminuer au fur et à mesure que l'on s'éloigne des microlentilles 98. Selon un mode de réalisation, les trous 110 ont une forme sensiblement tronconique. Selon un mode de réalisation, le diamètre des trous 110 du côté de la face 92 est compris entre 2 µm et 10 µm et le diamètre des trous 110 du côté de la face 94 est compris entre 1 µm et 5 µm. Selon un mode de réalisation, le diamètre des trous 110 du côté de la face 92 est supérieur à 10 µm et le diamètre des trous 110 du côté de la face 94 est supérieur à 5 µm. Dans le cas où les trous 110 sont formés par un procédé comprenant des étapes de photolithographie, la forme des trous peut être ajustée par les paramètres procédés tels que la dose d'exposition, le temps de développement, la divergence de la source d’exposition de photolithographie ainsi que par la forme des microlentilles.
Selon un mode de réalisation, les trous 110 sont disposés en rangées et en colonnes. Les trous 110 peuvent avoir sensiblement les mêmes dimensions. On appelle "w" la largeur d'un trou 110 mesurée selon la direction des rangées ou des colonnes. La largeur w correspond au diamètre du trou 18 dans le cas d’un trou de section droite circulaire. Selon un mode de réalisation, les trous 110 sont disposés régulièrement selon les rangées et selon les colonnes. On appelle "p" le pas de répétition des trous 110, c'est-à-dire la distance en vue de dessus des centres de deux trous 110 successifs d'une rangée ou d'une colonne. Comme cela est décrit plus en détail par la suite, la disposition des trous reproduit la disposition des microlentilles 98.
Le rapport h/w peut varier de 1 à 10, voire être supérieur à 10. Le pas p peut varier de 1 µm à 500 µm, de préférence de 1 µm à 100 µm, plus préférentiellement de 10 µm à 50 µm, par exemple égal à environ 15 µm. La hauteur h peut varier de 0,1 µm à 1 mm, de préférence de 1 µ à 130 µm, plus préférentiellement de 10 µm à 130 µm ou de 1 µm à 20 µm. La largeur w peut varier de 0,1 µm à 100 µm, de préférence de 1 µm à 10 µm, par exemple égale à environ 2 µm. Les trous 110 peuvent avoir tous la même largeur w. A titre de variante, les trous 110 peuvent avoir des largeurs w différentes.
Les microlentilles 98 sont des lentilles convergentes ayant chacune une distance focale f comprise entre 1 µm et 100 µm, de préférence entre 5 µm et 50 µm. Selon un mode de réalisation, toutes les microlentilles 98 sont sensiblement identiques. Selon un mode de réalisation, l'épaisseur maximale des microlentilles 98 est comprise entre 1 µm et 20 µm.
La combinaison des microlentilles 98 et des trous 110 permet d’optimiser deux paramètres importants. Plus précisément, ceci permet d'augmenter la transmittance à incidence normale tout en diminuant l’angle de vue. Sans les microlentilles 98, optimiser ces deux paramètres exige des ouvertures au rapport largeur sur hauteur très faible et un facteur de remplissage important, ce qui est très difficile à réaliser en pratique. L'ajout des microlentilles 98 sur les trous 110 permet de relâcher la contrainte sur le facteur de forme des ouvertures et le facteur de remplissage.
La couche à ouvertures 90 peut avoir une structure monocouche ou une structure multicouche. Dans le cas où la couche à ouvertures 90 comprend une structure multicouche, les trous 110 peuvent s'étendre dans toutes les couches de la structure multicouche. En particulier, la couche à ouvertures 90 peut comprendre un empilement de trois couches, dont une couche transparente interposée entre deux couches opaques. De façon générale, la couche à ouvertures 90 peut comprendre un empilement de plus de deux couches opaques, chaque couche opaque étant traversée par des trous, les couches opaques de chaque paire de couches opaques adjacentes étant espacées ou non par une ou des couches transparentes.
La est une vue en coupe d'une variante du filtre angulaire 18 dans laquelle le revêtement 100 comprend seulement la couche 102 qui correspond à un film appliqué contre la matrice de microlentilles 98. Dans ce cas, la zone de contact entre la couche 102 et les microlentilles 98 peut être réduite, par exemple limitée aux sommets des microlentilles 98. La couche 102 peut servir à protéger les microlentilles 98 et/ou former une face sensiblement plane pour simplifier l’assemblage avec une couche supérieure. La couche 102 peut aussi être une couche adhésive pour assembler le filtre angulaire 18 à une couche supérieure.
L'indice de réfraction du matériau composant la matrice d'éléments optiques 98 est noté n1. L'indice de réfraction du matériau composant la couche intermédiaire 96 est noté n2. L'indice de réfraction du matériau composant la couche opaque 108 est noté n3. L'indice de réfraction du matériau de remplissage des trous 110 est noté n4. L'indice de réfraction n3 de la couche 108 est inférieur à l'indice de réfraction n1 de la matrice de microlentilles 98. Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction de la couche 108 est compris entre 1,2 et 1,5 et l'indice de réfraction des microlentilles 98 est compris entre 1,4 et 1,7.
Selon un mode de réalisation, la couche 108 est en une résine photosensible positive, c'est-à-dire une résine photosensible pour laquelle la partie de la couche de résine exposée à un rayonnement devient soluble à un révélateur et où la partie de la couche de résine photosensible qui n'est pas exposée au rayonnement reste insoluble dans le révélateur. La couche opaque 108 peut être en résine colorée, par exemple une résine DNQ-Novolaque colorée ou noire ou une résine photosensible DUV (sigle anglais pour Deep Ultraviolet). Les résines DNQ-Novolaque sont basées sur un mélange de diazonaphtoquinone (DNQ) et d'une résine novolaque (résine de phénolformaldéhyde). Les résines DUV peuvent comprendre des polymères basés sur les polyhydroxystyrènes.
Selon un autre mode de réalisation, le matériau de remplissage des trous 110 est en une résine photosensible négative, c'est-à-dire une résine photosensible pour laquelle la partie de la couche de résine exposée à un rayonnement devient insoluble à un révélateur et où la partie de la couche de résine photosensible qui n'est pas exposée au rayonnement reste soluble dans le révélateur. Des exemples de résines photosensibles négatives sont des résines polymères à base d'epoxy, par exemple la résine commercialisée sous l'appellation SU-8, des résines acrylates et des polymères thiol-ène hors stoechiométrie (OSTE, sigle anglais pour Off-Stoichiometry thiol-enes polymer). Cette résine doit alors être transparente au rayonnement incident.
Selon un autre mode de réalisation, la couche 108 est en un matériau usinable au laser, c'est-à-dire un matériau susceptible de se dégrader sous l'action d'un rayonnement laser. Des exemples de matériaux usinables par laser sont le graphite, un film de métal de faible épaisseur (typiquement de 50 nm à 100 nm), des matériaux plastiques tels que le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA, sigle anglais pour poly(methyl methacrylate)), l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) ou des films plastiques teintés comme le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET, sigle anglais polyethylene terephthalate), le poly(naphtalate d'éthylène) (PEN, sigle anglais pour Polyethylene naphthalate), les polymères d'oléfine cyclique (COP, sigle anglais pour Cyclo Olefin Polymer)et les polyimides (PI).
En outre, à titre d'exemple, la couche 108 peut être en une résine noire absorbante dans le domaine visible et/ou le proche infrarouge. Selon un autre exemple, la couche 108 peut en outre être en une résine colorée absorbant la lumière visible d'une couleur donnée, par exemple la lumière bleue, verte, cyan ou la lumière infrarouge. Ceci peut être le cas lorsque le filtre angulaire 18 est utilisé avec un capteur d'images 14 qui est sensible seulement à la lumière de couleur donnée. Ceci peut en outre être le cas lorsque le filtre angulaire 18 est utilisé avec un capteur d'images 14 qui est sensible à la lumière visible et qu'un filtre de la couleur donnée est interposé entre le capteur d’image 14 et l'objet 12 à imager.
Lorsque la couche à ouvertures 90 est formée d'un empilement d'au moins deux couches opaques, chaque couche opaque peut être dans l'un des matériaux cités précédemment, les couches opaques pouvant être dans des matériaux différents.
Selon un mode de réalisation, la couche à ouvertures 90 comprend une couche de base en un premier matériau opaque ou au moins en partie transparent au rayonnement utile et recouvert d'un revêtement opaque au rayonnement utile, par exemple absorbant et/ou réfléchissant par rapport au rayonnement utile. Le premier matériau peut être une résine. Le deuxième matériau peut être un métal, par exemple de l'aluminium (Al) ou du chrome (Cr), un alliage métallique ou un matériau organique. Ce matériau peut recouvrir les parois des trous 110, ou non en fonction des caractéristiques de la couche à ouvertures 90. Le revêtement peut recouvrir la couche de base, du côté de la couche de base qui est opposé aux microlentilles 98 ou recouvrir la couche de base du côté faisant face aux microlentilles 98. Le revêtement permet de façon avantageuse d'augmenter l'obstruction, soit par réflexion soit par absorption, du filtre angulaire 18 par rapport aux rayons lumineux obliques.
Les trous 110 peuvent être remplis d'un matériau solide, liquide ou gazeux, notamment de l'air, au moins partiellement transparent au rayonnement utile, par exemple du polydiméthylsiloxane (PDMS). A titre de variante, les trous 110 peuvent être remplis par un matériau partiellement absorbant afin de filtrer en longueur d’onde les rayons du rayonnement utile. Le filtre angulaire 18 peut alors jouer en outre le rôle d'un filtre en longueur d’onde. Ceci permet de réduire l'épaisseur du système d'acquisition d'images 10 par rapport au cas où un filtre coloré distinct du filtre angulaire 18 serait présent. Le matériau de remplissage partiellement absorbant peut être une résine colorée ou un matériau plastique coloré comme le PDMS.
Le matériau de remplissage des trous 110 peut être sélectionné afin d'avoir une adaptation d'indice de réfraction avec la couche intermédiaire 96 en contact avec la couche à ouvertures 90, et/ou pour rigidifier la structure et améliorer la tenue mécanique de la couche à ouvertures 90, et/ou pour augmenter la transmission à incidence normale. En outre, le matériau de remplissage peut aussi être un matériau adhésif liquide ou solide permettant l’assemblage du filtre angulaire 18 sur un autre dispositif, par exemple le capteur d'images 14. Le matériau de remplissage peut être aussi une colle époxy ou acrylate servant à l’encapsulation du dispositif sur une face duquel repose le système optique, par exemple un capteur d'images, en considérant que la couche 96 est un film d’encapsulation. Dans ce cas, la colle remplit les trous 110 et se trouve au contact de la face du capteur d'images 14. La colle permet également de laminer le filtre angulaire 18 sur le capteur d’images 14.
La couche intermédiaire 96, qui peut ne pas être présente, est au moins partiellement transparente au rayonnement utile. La couche intermédiaire 96 peut être en un polymère transparent, notamment en PET, en PMMA, en COP, en PEN, en polyimide, en une couche de polymères diélectriques ou inorganiques (SiN, SiO2), ou en une couche de verre mince. Comme cela a été indiqué précédemment, la couche 96 et la matrice de microlentilles 98 peuvent correspondre à une structure monolithique. En outre, la couche 96 peut correspondre à une couche de protection du capteur d'images 14, sur lequel le filtre angulaire 18 est fixé. Si le capteur d’images est en matériaux organiques, la couche 96 peut correspondre à un film barrière étanche à l’eau et l’oxygène protégeant les matériaux organiques. A titre d’exemple, cette couche de protection peut correspondre à un dépôt de SiN de l’ordre de 1 µm sur la face d'un film de PET, PEN, COP, et/ou PI en contact de la couche à ouvertures 90. L'épaisseur de la couche intermédiaire 96 ou l'épaisseur du film d'air lorsque la couche intermédiaire 96 est remplacée par un film d'air est comprise entre 1 µm et 500 µm, de préférence entre 5 µm et 50 µm .
Le revêtement 100 est au moins partiellement transparent au rayonnement utile. Le revêtement 100 peut avoir une épaisseur maximale comprise en 0,1 µm et 10 mm. La face supérieure 106 peut être sensiblement plane ou avoir une forme courbe.
Selon un mode de réalisation, la couche 104 est une couche qui épouse la forme des microlentilles 98. La couche 104 peut être obtenue à partir d’un adhésif optiquement transparent (OCA, sigle anglais pour Optically Clear Adhesive), notamment un adhésif optiquement transparent liquide (LOCA, sigle anglais pour Liquid Optically Clear Adhesive), ou un matériau à bas indice de réfraction, ou une colle epoxy / acrylate, ou à un film d'un gaz ou d'un mélange gazeux, par exemple de l'air . De préférence, lorsque la couche 104 épouse la forme des microlentilles 98, la couche 104 est en un matériau ayant un bas indice de réfraction, inférieur à celui du matériau des microlentilles 98. La couche 104 peut être en un matériau de remplissage qui est un matériau transparent non adhésif. Selon un autre mode de réalisation, la couche 104 correspond à un film qui est appliqué contre la matrice de microlentilles 98, par exemple un film OCA. Dans ce cas, la zone de contact entre la couche 104 et les microlentilles 98 peut être réduite, par exemple limitée aux sommets des microlentilles. La couche 104 peut être alors composée d'un matériau ayant un indice de réfraction plus élevé que dans le cas où la couche 104 épouse la forme des microlentilles 98 Selon un autre mode de réalisation, la couche 104 correspond à un film OCA qui est appliqué contre la matrice de microlentilles 98, l'adhésif ayant des propriétés qui permettent au film 104 d'épouser complètement ou sensiblement complètement la surface des microlentilles. Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction de la couche 104 est inférieur à l'indice de réfraction des microlentilles 98. Selon un mode de réalisation, la couche 102 peut être en l'un des matériaux indiqués précédemment pour la couche 104. La couche 102 peut ne pas être présente. L'épaisseur de la couche 102 est comprise entre 1 µm et 100 µm.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images 115 de l'objet 12. Le système d'acquisition d'images 115 comprend l'ensemble des éléments du système d'acquisition d'images 10 représenté en et comprend, en outre, un filtre optique 116 interposé entre le filtre angulaire 18 et la source 20. Le filtre optique 116 permet de filtrer en longueur d'onde le rayonnement sortant par la face inférieure 24 de la source 20 pour ne laisser passer que le rayonnement dont le spectre appartient à une plage de longueurs d'onde déterminée. Le filtre optique 116 peut correspondre à une couche colorée, notamment une couche de résine colorée. L'épaisseur du filtre optique 116 peut être comprise entre 20 µm et 1,5 mm, de préférence entre 20 µm et 400 µm, plus préférentiellement entre 20 µm et 100 µm.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images 120 de l'objet 12. Le système d'acquisition d'images 120 comprend l'ensemble des éléments du système d'acquisition d'images 10 représenté en et comprend, en outre, un polariseur 122. Dans le mode de réalisation représenté en , le polariseur 122 est interposé entre la source lumineuse 20 et l'objet 12 à imager. A titre de variante, le polariseur 122 peut être interposé entre la source lumineuse 20 et le filtre angulaire 18 notamment dans le cas où le rayonnement avant fourni par la source 20 vers le doigt 12 est polarisé. Le système d'acquisition d'images 120 peut, en outre, comprendre un revêtement 124 transparent recouvrant le polariseur 122 et délimitant une face 126 pouvant venir au contact de l'objet 12 à imager. Ce revêtement 124 peut former une protection mécanique. Le polariseur 122 est de préférence un polariseur rectiligne. Le polariseur 122 est adapté à filtrer le rayonnement qui le traverse pour ne laisser passer que le rayonnement polarisé selon une direction privilégiée. Le polariseur 122 peut correspondre à un métamatériau et avoir une épaisseur de l'ordre de 100 nm, ou correspondre à un film organique ou un film inorganique, par exemple en poly(alcool vinylique) (PVA) comprenant des colorants dichroïques et des colorants iodés, ayant une épaisseur comprise entre 35 µm et 150 µm.
Selon un mode de réalisation non représenté, le système d'acquisition d'images comprend deux polariseurs, le premier polariseur étant interposé entre la source lumineuse 20 et l'objet 12 à imager et le deuxième polariseur étant interposé entre la source lumineuse 20 et le filtre angulaire 18. Les directions de polarisation des premier et deuxième polariseurs sont alors sensiblement parallèles.
L'utilisation du système d'acquisition d'images 120 représenté en peut notamment être avantageuse pour l'acquisition d'empreintes digitales d'un doigt 12 comprenant des vallées 130 et des crêtes 132.
La représente une image de l'empreinte digitale d'un doigt acquise par le système d'acquisition 10 représenté en . On distingue sur l'image les vallées 130, en clair, et les crêtes 132, plus sombres, des empreintes digitales et également des pores 134, plus clairs, sur les crêtes 132.
La représente une image de l'empreinte digitale d'un doigt acquise par le système d'acquisition 120 représenté en . On distingue sur l'image les vallées 130 et les crêtes 132 avec un contraste augmenté par rapport à l'image de la . Une explication serait que la lumière qui se réfléchit en surface du doigt conserve sa polarisation acquise en traversant le polariseur 122 alors que la lumière qui pénètre dans le doigt perd sa polarisation acquise en traversant le polariseur 122 et sera significativement atténuée lors du second passage par ce polariseur 122. L’information de profondeur ne perturbe plus le signal direct des crêtes et des vallées. L'image de la peut, de façon avantageuse, être plus adaptée à un traitement de reconnaissance d'empreintes digitales.
Selon le matériau utilisé, le procédé de formation des couches du capteur d'image 14, du filtre angulaire 18, et de la source 20 peut correspondre à un procédé dit additif, par exemple par impression directe d'une composition fluide ou visqueuse comprenant le matériau aux emplacements souhaités, par exemple par impression par jet d'encre, héliographie, sérigraphie, flexographie, revêtement par pulvérisation (en anglais spray coating) ou dépôt de gouttes (en anglais drop-casting). Selon le matériau utilisé, le procédé de formation des couches du capteur d'image 14, du filtre angulaire 18, et de la source 20 peut correspondre à un procédé dit soustractif, dans lequel le matériau est déposé sur la totalité de la structure et dans lequel les portions non utilisées sont ensuite retirées, par exemple par photolithographie ou ablation laser. Selon le matériau considéré, le dépôt sur la totalité de la structure peut être réalisé, par exemple, par voie liquide, par pulvérisation cathodique ou par évaporation. Il peut s'agir notamment de procédés du type dépôt à la tournette, revêtement par pulvérisation, héliographie, revêtement par filière (en anglais slot-die coating), revêtement à la lame (en anglais blade-coating), flexographie ou sérigraphie. Selon le procédé de dépôt mis en oeuvre, une étape de séchage du matériau déposé peut être prévue.
Les figures 14A à 14C sont des vues en coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du guide d'ondes 20 représenté en .
La représente la structure obtenue après la formation du coeur 76 comprenant un empilement 140 comprenant deux couches 142 et 144. La couche 142 est par exemple en polymère. L'épaisseur de la couche 142 est égale à au moins 60 % de l'épaisseur totale du coeur 76, de préférence au moins 70 % de l'épaisseur totale du coeur 76. La couche 144 est par exemple en résine. L'indice de réfraction de la couche 144 est sensiblement égal à l'indice de réfraction de la couche 142. L'empilement 140 présent deux faces opposées 146 et 148, de préférences planes et parallèles.
La représente la structure obtenue après une étape de formation dans la face 148 des empreintes 150 ayant une forme complémentaire de celle des motifs souhaités. Les empreintes 150 peuvent être formées par une étape de gravure, par exemple en utilisant une résine sensible au rayonnement UV ou par gravure laser. A titre de variante, les empreintes 150 peuvent être formées par thermoformage.
La représente la structure obtenue après la formation de la gaine supérieure 74, de la gaine inférieure 78, et des motifs 80. Ceci peut être réalisée par le dépôt de couches sur les deux faces opposées 146 et 148 de l'empilement 140, la première couche déposée sur la face 146 formant la gaine supérieure 74 et la deuxième couche déposée sur la face 148 formant la gaine inférieure 76 et remplissant les empreintes 144 pour former les motifs 80.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaitront à la personne du métier. En particulier, les modes de réalisation décrits précédemment en relation avec les figures 10 et 11 peuvent être combinés, le système d'acquisition d'images pouvant comprend le filtre optique 116 et le polariseur 122. Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.
Claims (16)
- Système d'acquisition d'images (10 ; 115 ; 120) d'un objet (12) comprenant un empilement de couches dont l'épaisseur totale est inférieure à 600 µm, ledit empilement comprenant :
- un capteur d'images (14) comprenant une matrice de photodétecteurs (16) ;
- une source (20) d'un rayonnement (RF) ayant une épaisseur inférieure à 400 µm et comprenant des première et deuxième faces opposées (22, 24), ladite source comprenant une diode électroluminescente organique non pixelisée recouvrant la totalité du capteur d'images (14) ou comprenant un guide de lumière recouvrant la totalité du capteur d'images (14), les photodétecteurs étant adaptés à détecter au moins une partie dudit rayonnement réfléchi par l'objet, la deuxième face étant orientée du côté du capteur d'images, la deuxième face recouvrant la totalité de la matrice de photodétecteurs, la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la première face étant supérieure à 100 µW/cm2, le rapport entre la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la deuxième face et la densité surfacique du flux énergétique émis par la source par la première face étant inférieur à 0,4, la transmittance de la source à ladite partie du rayonnement étant supérieure à 15 % ; et
- un filtre angulaire (18) recouvrant le capteur d'images et interposé entre la source et le capteur d'images, et adapté à bloquer les rayons dudit rayonnement dont l'incidence par rapport à une direction orthogonale à la première face est supérieure à un seuil et à laisser passer des rayons dudit rayonnement dont l'incidence par rapport à une direction orthogonale à la première face est inférieure au seuil. - Système d'acquisition d'images selon la revendication 1, dans lequel le guide de lumière (20) comprend un coeur (76) interposé entre des première et deuxième gaines (74, 78), la deuxième gaine (78) étant disposée entre le coeur et le filtre angulaire (18), l'indice de réfraction du coeur pour le rayonnement étant supérieur à l'indice de réfraction des première et deuxième gaines pour le rayonnement.
- Système d'acquisition d'images selon la revendication 2, comprenant, entre la deuxième gaine (78) et le coeur (76), des motifs (80) de taille micrométrique se projetant en relief de la deuxième gaine dans le coeur.
- Système d'acquisition d'images selon la revendication 3, dans lequel le guide de lumière (20) comprend une zone par laquelle le rayonnement est injecté dans le guide de lumière, et dans lequel la densité surfacique des motifs (80) sur la deuxième gaine (78) augmente en s'éloignant de ladite zone.
- Système d'acquisition d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le rayonnement (RF) est dans le domaine visible et/ou dans le domaine infrarouge.
- Système d'acquisition d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le filtre angulaire (18) comprend :
- une matrice d'éléments (98) de focalisation de taille micrométrique ; et
- une couche (108) opaque au rayonnement et traversée par des trous (110), les trous étant remplis d'air ou d'un matériau au moins partiellement transparent audit rayonnement. - Système d'acquisition d'images selon la revendication 6, dans lequel, pour chaque trou (110), le rapport entre la hauteur du trou, mesurée perpendiculairement à la première face (22), et la largeur du trou, mesurée parallèlement à la première face, varie de 1 à 10.
- Système d'acquisition d'images selon la revendication 6 ou 7, dans lequel les trous (110) sont agencés en rangées, le pas entre des trous adjacents d'une même rangée ou d'une même colonne variant de 1 µm à 30 µm.
- Système d'acquisition d'images selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel la hauteur de chaque trou (110), mesurée selon une direction orthogonale à la première face (22), varie de 1 µm à 1 mm.
- Système d'acquisition d'images selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel la largeur de chaque trou (110), mesurée parallèlement à la première face (22), varie de 2 µm à 30 µm.
- Système d'acquisition d'images selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel les éléments (98) de focalisation de taille micrométrique sont des lentilles de taille micrométrique.
- Système d'acquisition d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les photodétecteurs (16) comprennent des photodiodes organiques.
- Système d'acquisition d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant en outre un premier polariseur (122) recouvrant la première face (22).
- Système d’acquisition d’images selon la revendication 13, comprenant en outre un deuxième polariseur.
- Système d’acquisition d’images selon la revendication 14, dans lequel le premier polariseur (122) est interposé entre la source lumineuse (20) et l'objet (12) à imager et le deuxième polariseur est interposé entre la source lumineuse (20) et le filtre angulaire (18).
- Utilisation du système d'acquisition d'images (10 ; 115 ; 120) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 pour la détection d'un objet, notamment au moins une empreinte digitale d'un utilisateur, par imagerie de contact.
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