FR3117613A1

FR3117613A1 - Filtre angulaire optique

Info

Publication number: FR3117613A1
Application number: FR2013145A
Authority: FR
Inventors: Jérôme MICHALLON; Benjamin BOUTHINON
Original assignee: Isorg SA
Current assignee: Isorg SA
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2022-06-17
Also published as: US20240053519A1; CN116583765A; JP2023553660A; WO2022128339A1; EP4260105A1

Abstract

Filtre angulaire optique La présente description concerne un filtre angulaire comprenant un réseau (27) de microlentilles (29), une première matrice (31) d'ouvertures (33) dans une couche d'une première résine et une deuxième matrice (37) d'ouvertures (39) dans une couche d'une deuxième résine, la première résine bloquant au moins un premier (203) et la deuxième résine bloquant un deuxième rayonnement (201), différent du premier rayonnement. Figure pour l'abrégé : Fig. 2

Description

Filtre angulaire optique

La présente description concerne un filtre optique angulaire.

Plus particulièrement, la présente description concerne un filtre angulaire destiné à être utilisé au sein d'un système optique, par exemple, un système d'imagerie.

Un filtre angulaire est un dispositif permettant de filtrer un rayonnement incident en fonction de l'incidence de ce rayonnement et ainsi bloquer les rayons dont l'incidence est supérieure à une incidence maximale. Les filtres angulaires sont fréquemment utilisés en association avec des capteurs d'images.

Il existe un besoin d'améliorer les filtres angulaires connus.

Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des filtres angulaires connus.

Un mode de réalisation prévoit un filtre angulaire comprenant un réseau de microlentilles, une première matrice d'ouvertures dans une couche d'une première résine et une deuxième matrice d'ouvertures dans une couche d'une deuxième résine, la première résine bloquant au moins un premier et la deuxième résine bloquant un deuxième rayonnement, différent du premier rayonnement.

Selon un mode de réalisation, le premier rayonnement correspond à un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1700 nm, de préférence comprise entre 820 nm et 870 nm ou entre 910 nm et 970 nm.

Selon un mode de réalisation, le deuxième rayonnement correspond à un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 600 nm, de préférence entre 470 nm et 600 nm.

Selon un mode de réalisation, le deuxième rayonnement correspond à un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 600 nm et 700 nm, de préférence entre 600 nm et 680 nm.

Selon un mode de réalisation, les ouvertures de la première matrice sont, dans la direction perpendiculaire à l'axe des ouvertures, de surface plus importante que les ouvertures de la deuxième matrice, dans ladite direction.

Selon un mode de réalisation, chaque ouverture de la première matrice a son centre aligné avec une ouverture de la deuxième matrice et avec l'axe optique d'une microlentille.

Selon un mode de réalisation, le filtre angulaire comprend une couche de protection entre la première matrice d'ouvertures et la deuxième matrice d'ouvertures.

Selon un mode de réalisation, la première résine bloque le premier rayonnement.

Selon un mode de réalisation, la première résine bloque le deuxième rayonnement.

Selon un mode de réalisation, les ouvertures de la première matrice sont des trous, par exemple remplis d'un matériau transparent au deuxième rayonnement et/ou au premier rayonnement.

Selon un mode de réalisation, les ouvertures de la deuxième matrice sont des trous, par exemple remplis d'un matériau transparent au deuxième rayonnement et/ou au premier rayonnement.

Un mode de réalisation, prévoit un procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :

former, sur une face d'un réseau de microlentilles une couche d'une première résine de sorte que la première résine et les faces planes des microlentilles se fassent face ;
insoler avec un rayonnement lumineux la couche de la première résine à travers le réseau de microlentilles et développer de façon à former une première matrice d'ouvertures dans la première résine ;
former une couche d'une deuxième résine sur la première matrice d'ouvertures, sur une face à l'opposé du réseau de microlentilles ; et
insoler avec un rayonnement lumineux la couche de la deuxième résine à travers le réseau de microlentilles et développer de façon à former une deuxième matrice d'ouvertures dans la deuxième résine,

de façon à obtenir un filtre angulaire tel que décrit ci-avant.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :

former, sur une face d'un réseau de microlentilles une couche d'une résine transparente de sorte que la résine transparente et les faces planes des microlentilles se fassent face ;
insoler avec un rayonnement lumineux la couche de résine transparente à travers le réseau de microlentilles, développer de façon à former une première matrice de plots dans la résine transparente et remplir les espaces entre les plots avec une première résine ;
former une autre couche de résine transparente sur la première matrice, sur une face à l'opposé du réseau de microlentilles ; et
insoler avec un rayonnement lumineux l'autre couche de résine transparente à travers le réseau de microlentilles, développer de façon à former une deuxième matrice de plots dans la résine transparente et remplir les espaces entre les plots avec une deuxième résine,

de façon à obtenir un filtre angulaire tel que décrit ci-avant.

Selon un mode de réalisation, le rayonnement lumineux de l'étape d) est un rayonnement collimaté.

Selon un mode de réalisation, le rayonnement lumineux de l'étape b) est un rayonnement moins collimaté que le rayonnement lumineux de l'étape d).

Selon un mode de réalisation, le rayonnement lumineux est identique et collimaté dans les étapes b) et d).

Selon un mode de réalisation, les rayonnements lumineux aux étapes b) et d) sont des rayonnements ultraviolets.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape e), entre l'étape b) et l'étape c), de formation d'une couche de protection sur et en contact avec la première matrice.

Un mode de réalisation prévoit un capteur d'image comportant, au moins :
un capteur d'image constitué d'une matrice de photodétecteurs ; et
un filtre angulaire tel que décrit ci-avant.

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 :

la illustre, par un schéma bloc, partiel et schématique, un mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images ;

la représente, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images comprenant un filtre angulaire ;

la représente, par une vue en coupe, une étape d'un procédé de réalisation du dispositif d'acquisition d'image illustré en ;

la représente, par une vue en coupe, une autre étape d'un procédé de réalisation du dispositif d'acquisition d'image illustré en ;

la représente, par une vue en coupe, encore une autre étape d'un procédé de réalisation du dispositif d'acquisition d'image illustré en ;

la représente, par une vue en coupe, encore une autre étape d'un procédé de réalisation du dispositif d'acquisition d'image illustré en ; et

la représente, par une vue en coupe, encore une autre étape d'un procédé de réalisation du dispositif d'acquisition d'image illustré en .

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.

Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, seul le filtre angulaire est décrit dans la présente description, le capteur d'images ainsi que les éléments constituants l'unité de traitement ne seront pas détaillés.

Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.

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., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.

Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.

Sauf précision contraire, les expressions "l'ensemble des éléments", "tous les éléments", "chaque élément", signifient entre 95 % et 100 % des éléments. Dans la suite de la description, sauf précision contraire, une couche ou un film est dit opaque à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est inférieure à 10 %. Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit transparent à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est supérieure à 10 %. Selon un mode de réalisation, pour un même système optique, tous les éléments du système optique qui sont opaques à un rayonnement ont une transmittance qui est inférieure à la moitié, de préférence inférieure au cinquième, plus préférentiellement inférieure au dixième, de la transmittance la plus faible des éléments du système optique transparents audit rayonnement. Dans la suite de la description, on appelle "rayonnement utile" le rayonnement électromagnétique traversant le système optique en fonctionnement. Dans la suite de la description, on appelle "élément optique de taille micrométrique" un élément optique formé sur une face d'un support dont la dimension maximale, mesurée parallèlement à ladite face, est supérieure à 1 μm et inférieure à 1 mm.

Des modes de réalisation de systèmes optiques vont maintenant être décrits pour des systèmes optiques comprenant une matrice d'éléments optiques à taille micrométrique dans le cas où chaque élément optique à taille micrométrique correspond à une lentille à taille micrométrique, ou microlentille, composée de deux dioptres. Toutefois, il est clair que ces modes de réalisation peuvent également être mis en oeuvre avec d'autres types d'éléments optiques de taille micrométrique, chaque élément optique de taille micrométrique pouvant correspondre, par exemple, à une lentille de Fresnel de taille micrométrique, à une lentille à gradient d'indice de taille micrométrique ou à un réseau de diffraction de taille micrométrique.

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, dans cette plage, lumière verte un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 600 nm, plus préférentiellement entre 470 nm et 600 nm. 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 proche-infrarouge dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1,7 μm, plus préférentiellement entre 850 nm et 940 nm.

La illustre, par un schéma bloc, partiel et schématique, un mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images 11.

Le système d'acquisition d'images 11, illustré en , comprend :
un dispositif d'acquisition d'images 13 (DEVICE) ; et
une unité de traitement 15 (PU).

L'unité de traitement 15 comprend, de préférence, des moyens de traitement des signaux fournis par le dispositif 11, non représentés en . L'unité de traitement 15 comprend, par exemple, un microprocesseur.

Le dispositif 13 et l'unité de traitement 15 sont, de préférence, reliés par une liaison 17. Le dispositif 13 et l'unité de traitement 15 sont, par exemple, intégrés dans un même circuit.

La représente, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images 19 comprenant un filtre angulaire.

Le dispositif d'acquisition d'images 19 représenté en comprend, de bas en haut dans l'orientation de la figure :
un capteur d'images 21 ; et
un filtre angulaire 23, recouvrant le capteur d'images 21.

Dans la présente description, les modes de réalisation des dispositifs des figures 2 à 8 sont représentés dans l'espace selon un repère XYZ orthogonal direct, l'axe Y du repère XYZ étant orthogonal à la face supérieure du capteur d'images 21.

Le capteur d'images 21 comprend une matrice de capteurs de photons 25, également appelés photodétecteurs. Les photodétecteurs 25 sont, de préférence, agencés sous forme matricielle. Les photodétecteurs 25 peuvent être recouverts d'un revêtement de protection non représenté.

Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs 25 ont tous la même structure et les mêmes propriétés/caractéristiques. En d'autres termes, tous les photodétecteurs 25 sont sensiblement identiques aux tolérances de fabrication près.

En variante, les photodétecteurs 25 n'ont pas tous les mêmes caractéristiques et peuvent être sensibles à des longueurs d'onde différentes. En d'autres termes, des photodétecteurs 25 peuvent être sensibles à un rayonnement infrarouge et des photodétecteurs 25 peuvent être sensibles à un rayonnement vert.

Le capteur d'images 21 comprend, en outre, des pistes conductrices et des éléments de commutation, notamment des transistors, non représentés, permettant la sélection des photodétecteurs 25.

Les photodétecteurs 25 sont, de préférence, réalisés en matériaux organiques. Les photodiodes 25 sont, par exemple des photodiodes organiques (OPD, Organic Photodiode) intégrées sur un substrat à transistors CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor, semiconducteur oxyde métal complémentaire) ou un substrat à transistors en couches minces (TFT ou Thin Film Transistor). Le substrat est par exemple en silicium, de préférence en silicium monocristallin. Les régions de canal, de source et de drain des transistors TFT sont par exemple en silicium amorphe (a-Si ou amorphous Silicon), en indium, gallium, zinc et oxyde (IGZO Indium Gallium Zinc Oxide) ou en silicium polycristallin basse température (LTPS ou Low Temperature Polycrystalline Silicon).

Les photodiodes 25 du capteur d'images 21 comprennent, par exemple, un mélange de polymères semiconducteurs organiques comme le poly (3-hexylthiophène) ou le poly(3-hexylthiophène-2,5-diyl), connu sous la dénomination P3HT, mélangé avec le [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyle (semiconducteur de type N), connu sous la dénomination PCBM.

Les photodiodes 25 du capteur d'images 21 comprennent, par exemple, des petites molécules, c'est-à-dire des molécules ayant des masses molaires inférieures à 500 g/mol, de préférence, inférieures à 200 g/mol.

Les photodiodes 25 peuvent être des photodiodes non organiques, par exemple, réalisées à base de silicium amorphe ou silicium cristallin. A titre d'exemple, les photodiodes 25 sont composées de boites quantiques (quantum dots).

Selon un mode de réalisation, chaque photodétecteur 25 est adapté à détecter le rayonnement visible et/ou le rayonnement proche-infrarouge.

Le filtre angulaire 23 comprend :
un réseau 27 de microlentilles 29 de taille micrométrique, par exemple plan-convexes ;
une première matrice 31 ou couche de trous ou ouvertures 33, par exemple remplies d'un matériau transparent à un premier rayonnement 203 et/ou à un deuxième rayonnement 201, délimitées par des murs 35 d'une première résine opaque au premier rayonnement 203 et optionnellement opaque au deuxième rayonnement 201 ; et
une deuxième matrice 37 ou couche de trous ou ouvertures 39, par exemple remplies d'un matériau transparent au deuxième 201 et/ou premier 203 rayonnements, délimitées par des murs 41 d'une première résine opaque au deuxième rayonnement 201.

Selon un mode de réalisation préféré, le rayonnement 201 comprend, de préférence, au moins une ou des longueurs d'onde dans le vert et/ou dans le bleu, c'est-à-dire une ou des longueurs d'onde comprises entre 400 nm et 600 nm, de préférence comprises entre 470 nm et 600 nm. Les longueurs d'onde qui composent le rayonnement 201 sont, par exemple, toutes comprises entre 400 nm et 600 nm, de préférence comprises entre 470 nm et 600 nm.

Selon un mode de réalisation, le rayonnement 201 comprend, de préférence, au moins une ou des longueurs d'onde dans le rouge, c'est-à-dire une ou des longueurs d'onde comprises entre 600 nm et 700 nm, de préférence comprises entre 600 nm et 680 nm. Les longueurs d'onde qui composent le rayonnement 201 sont, par exemple, toutes comprises entre 600 nm et 700 nm, de préférence comprises entre 600 nm et 680 nm.

Selon un mode de réalisation, le rayonnement 203 comprend, de préférence, au moins une ou des longueurs d'onde dans le proche-infrarouge, c'est-à-dire une ou des longueurs d'onde comprises entre 700 nm et 1700 nm, de préférence comprises entre 820 nm et 870 nm et/ou entre 910 nm et 970 nm. Les longueurs d'onde qui composent le rayonnement 203 sont, par exemple, toutes comprises entre 700 nm et 1700 nm, de préférence comprises entre 820 nm et 870 nm et/ou entre 910 nm et 970 nm.

Selon un mode de réalisation, le réseau 27 de microlentilles 29 est formé sur un substrat ou support 30 et en contact avec celui-ci, le substrat 30 étant alors interposé entre les microlentilles 29 et la matrice 31.

Le substrat 30, peut être en un polymère transparent qui n’absorbe pas, au moins, les longueurs d’onde considérées, ici dans le domaine du visible et du proche-infrarouge. Ce polymère peut notamment être du poly(téréphtalate d’éthylène) PET, poly(métacrylate de méthyle) PMMA, polymère d’oléfinecyclique (COP), polyimide (PI), polycarbonate (PC). L’épaisseur du substrat 30 peut varier entre 1 µm et 100 μm, de préférence entre 10 µm et 100 μm. Le substrat 30 peut correspondre à un filtre coloré, à un polariseur, à une lame demi-onde ou à une lame quart d’onde.

Les microlentilles 29 peuvent être réalisées en silice, en PMMA, en une résine photosensible positive, en PET, en poly(naphtalate d'éthylène) (PEN), en COP, en polydiméthylsiloxane (PDMS)/silicone, en résine époxy ou en résine acrylate. Les microlentilles 29 peuvent être formées par fluage de blocs d'une résine photosensible. Les microlentilles 29 peuvent, en outre, être formées par moulage sur une couche de PET, PEN, COP, PDMS/silicone, de résine époxy ou de résine acrylate. Les microlentilles 29 sont des lentilles convergentes ayant chacune une distance focale f comprise entre 1 μm et 100 μm, de préférence entre 1 μm et 70 μm. Selon un mode de réalisation, toutes les microlentilles 29 sont sensiblement identiques.

Selon le présent mode de réalisation, les microlentilles 29 et le substrat 30, sont, de préférence, réalisés dans des matériaux transparents ou partiellement transparents, c'est-à-dire transparents dans une partie du spectre considéré pour le domaine visé, par exemple, l'imagerie, sur la plage de longueurs d'onde correspondant aux longueurs d'onde utilisées lors de l'exposition d'un objet à imager.

Les faces planes des microlentilles 29 font face aux ouvertures 33.

Selon un mode de réalisation, les microlentilles 29, sont organisées sous forme d'un quadrillage de lignes et de colonnes. Les microlentilles 29, sont, par exemple, alignées. Le motif de répétition des microlentilles 29, est, par exemple, un carré dans lequel microlentilles 29, sont situées aux quatre coins du carré.

Selon un mode de réalisation, les microlentilles 29, sont organisées sous forme d'un quadrillage de lignes et de colonnes en quinconce. En d'autres termes, le motif de répétition des microlentilles 29, est, par exemple, un carré dans lequel les microlentilles 29, sont situées aux quatre coins et au centre du carré.

On appelle "h1" l'épaisseur des murs 35. Les murs 35 sont, par exemple, opaques au rayonnement 203 et optionnellement au rayonnement 201, par exemple absorbant et/ou réfléchissant au rayonnement 203 et optionnellement au rayonnement 201.

Dans la présente description, on appelle face supérieure 31s de la couche 31 la face de la couche 31 située à l'interface entre la couche 31 et le substrat 30. On appelle, en outre, face inférieure 31i de la couche 31 la face de la couche 31 située à l'opposée de la face supérieure 31s.

En , les ouvertures 33 sont représentées avec une section carrée dans le plan YZ. De façon générale, chaque ouvertures 33 peut avoir une forme trapézoïdale, rectangulaire ou avoir la forme d'un entonnoir. Chaque ouverture 33, vue de dessus (c’est-à-dire dans le plan XZ), peut avoir une forme circulaire, ovale ou polygonale, par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire ou trapézoïdale. Chaque ouverture 33, vue de dessus, à une forme de préférence circulaire. On définit par largeur d'une ouverture 33 la dimension caractéristique de l'ouverture 33 dans le plan XZ. Par exemple, pour une ouverture 33 ayant une section de forme carrée dans le plan XZ, la largeur correspond à la dimension d'un coté et pour une ouverture 33 ayant une section de forme circulaire dans le plan XZ, la largeur correspond au diamètre de l'ouverture 33. De plus, on appelle centre d'une ouverture 33 le point situé à l'intersection de l'axe de symétrie des ouvertures 33 et de la face inférieure 31i de la couche 31. Par exemple, pour des ouvertures 33 circulaires, le centre de chaque ouverture 33 est situé sur l'axe de révolution de l'ouverture 33.

Selon un mode de réalisation, les ouvertures 33 de la couche 31, respectivement les ouvertures 39 de la couche 37, sont organisées sous forme d'un quadrillage de lignes et de colonnes. Les ouvertures 33, respectivement les ouvertures 39, sont, par exemple, alignées. Le motif de répétition des ouvertures 33, respectivement des ouvertures 39, est, par exemple, un carré dans lequel les ouvertures 33, respectivement les ouvertures 39, sont situées aux quatre coins du carré.

Selon un mode de réalisation, les ouvertures 33 de la couche 31, respectivement les ouvertures 39 de la couche 37, sont organisées sous forme d'un quadrillage de lignes et de colonnes en quinconce. En d'autres termes, le motif de répétition des ouvertures 33, respectivement des ouvertures 39, est, par exemple, un carré dans lequel les ouvertures 33, respectivement les ouvertures 39, sont situées aux quatre coins et au centre du carré.

Les ouvertures 33 peuvent toutes avoir sensiblement les mêmes dimensions. On appelle "w1" la largeur des ouvertures 33 (mesurée à la base des ouvertures, c'est-à-dire à l'interface avec le substrat 30). On appelle "p1" le pas de répétition des ouvertures 33, c'est-à-dire la distance, selon l'axe X ou l'axe Z, entre des centres de deux ouvertures 33 successives d'une rangée ou d'une colonne.

Le pas p1 peut être compris entre 5 μm et 50 μm, par exemple être égal à environ 12 μm. La hauteur h1 peut être comprise entre 1 µm et 1 mm, de préférence comprise entre 2 µm et 15 µm. La largeur w1 est, préférentiellement, comprise entre 0,5 µm et 25 µm, par exemple, environ égale à 10 µm.

Chaque ouverture 33 est, de préférence, associée à une seule microlentille 29 du réseau 27. Les axes optiques des microlentilles 29 sont, de préférence, alignés avec les centres des ouvertures 33 de la matrice 31. Le diamètre des microlentilles 29 est, de préférence, supérieur à la section maximale (mesurée perpendiculairement aux axes optiques) des ouvertures 33.

La structure associant le réseau 27 de microlentilles 29 et la matrice 31 est adaptée à filtrer le rayonnement incident en fonction de sa longueur d'onde et de l'incidence du rayonnement par rapport aux axes optiques des microlentilles 29 du réseau 27. En d'autres termes, la structure est adaptée à filtrer les rayons incidents, arrivant sur les microlentilles, en fonction de leurs incidences et de leurs longueurs d'onde.

La structure associant le réseau 27 de microlentilles 29 et la matrice 31 est adaptée à bloquer les rayons du premier rayonnement 203 et optionnellement du deuxième rayonnement 201 dont les incidences respectives par rapport aux axes optiques des microlentilles 29 du filtre 23 sont supérieures à une première incidence maximale.

Cette structure est adaptée à ne laisser passer, dans la gamme de longueurs d'onde considérée, que des rayons dont l'incidence par rapport aux axes optiques des microlentilles 29 est inférieure à la première incidence maximale. Par exemple, la structure ne laisse passer que des rayons incidents ayant une incidence inférieure à 15°, de préférence inférieure à 10°.

Les ouvertures 33 sont, par exemple, remplies d'air, d'un vide partiel ou d'un matériau au moins partiellement transparent aux premier 203 et deuxième 201 rayonnements.

La couche 31 et la couche 37 peuvent, optionnellement être séparées par une couche de protection 43. La couche 43 recouvre la face inférieure 31i de la couche 31. La couche 43 est, par exemple une couche plastique comme une couche de PET, de COP, de PEN, de PI, une couche en une résine époxy ou acrylate ou une couche inorganique comme du nitrure de silicium déposée par une technique PVD ou PECVD. La couche 43 a, par exemple, une épaisseur comprise entre 0,2 µm et 50 µm, de préférence de l'ordre de 2 µm.

On appelle "h2" l'épaisseur des murs 41. Les murs 41 sont, par exemple, opaques au rayonnement 201, par exemple absorbant et/ou réfléchissant au rayonnement 201.

Dans la présente description, on appelle face supérieure 37s de la couche 37 la face de la couche 37 située à l'interface entre la couche 37 et la couche 43. On appelle, en outre, face inférieure 37i de la couche 37 la face de la couche 37 située à l'opposée de la face supérieure 37s.

En , les ouvertures 39 sont représentées avec une section carrée dans le plan YZ. De façon générale, chaque ouvertures 39 peut avoir une forme trapézoïdale, rectangulaire ou avoir la forme d'un entonnoir. Chaque ouverture 39, vue de dessus (c’est-à-dire dans le plan XZ), peut avoir une forme circulaire, ovale ou polygonale, par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire ou trapézoïdale. Chaque ouverture 39, vue de dessus, a, de préférence, une forme similaire à la forme d'une ouverture 33. On définit par largeur d'une ouverture 39 la dimension caractéristique de l'ouverture 39 dans le plan XZ. Par exemple, pour une ouverture 39 ayant une section de forme carrée dans le plan XZ, la largeur correspond à la dimension d'un coté et pour une ouverture 39 ayant une section de forme circulaire dans le plan XZ, la largeur correspond au diamètre de l'ouverture 39. De plus, on appelle centre d'une ouverture 39 le point situé à l'intersection de l'axe de symétrie des ouvertures 39 et de la face inférieure 37i de la couche 37. Par exemple, pour des ouvertures 39 circulaires, le centre de chaque ouverture 39 est situé sur l'axe de révolution de l'ouverture 39.

Selon un mode de réalisation, les ouvertures 39 sont disposées en rangées et en colonnes. Les ouvertures 39 peuvent toutes avoir sensiblement les mêmes dimensions. On appelle "w2" la largeur des ouvertures 39 (mesurée à la base des ouvertures, c'est-à-dire à l'interface avec la couche 43). On appelle "p2" le pas de répétition des ouvertures 39, c'est-à-dire la distance, selon l'axe X ou l'axe Z, entre des centres de deux ouvertures 39 successives d'une rangée ou d'une colonne.

Le pas p2 est, de préférence égal au pas p1 et peut, ainsi être compris entre 5 μm et 50 μm, par exemple être égal à environ 12 μm. La hauteur h2 est, par exemple, comprise entre 1 µm et 1 mm, et de préférence comprise entre 2 µm et 10 µm. La largeur w2 est, préférentiellement inférieure à la largeur w1 et peut, ainsi, être comprise entre 5 μm et 50 μm, par exemple être égale à environ 6 μm.

Chaque ouverture 39 est, de préférence, associée à une seule microlentille 29 du réseau 27. Les axes optiques des microlentilles 29 sont, de préférence, alignés avec les centres des ouvertures 39 de la matrice 31. Le diamètre des microlentilles 29 est, de préférence, supérieur à la section maximale (mesurée perpendiculairement aux axes optiques) des ouvertures 39.

La structure associant le réseau 27 de microlentilles 29 et la matrice 37 est adaptée à filtrer le rayonnement incident en fonction de sa longueur d'onde et de l'incidence du rayonnement par rapport aux axes optiques des microlentilles 29 du réseau 27. En d'autres termes, la structure est adaptée à filtrer les rayons incidents, arrivant sur les microlentilles, en fonction de leurs incidences et de leurs longueurs d'onde.
La structure associant le réseau 27 de microlentilles 29 et la matrice 37 est adaptée à bloquer les rayons du deuxième rayonnement 201dont les incidences respectives par rapport aux axes optiques des microlentilles 29 du filtre 23 sont supérieures à une deuxième incidence maximale, inférieure à la première incidence maximale.

Cette structure est adaptée à ne laisser passer, dans la gamme de longueurs d'onde considérée, que des rayons dont l'incidence par rapport aux axes optiques des microlentilles 29 est inférieure à la deuxième incidence maximale. Par exemple, la structure ne laisse passer que des rayons incidents ayant une incidence inférieure à 5°, de préférence inférieure à 3,5°.

Les ouvertures 39 sont, par exemple, remplies d'air, d'un vide partiel ou d'un matériau au moins partiellement transparent aux premier 203 et deuxième 201 rayonnements. Le matériau de remplissage des ouvertures 39 forme, de préférence, une couche 47 en face inférieure 37i de la matrice 37 de façon à recouvrir les murs 41 et planariser ladite face inférieure 37i de la matrice 37.

Selon le mode de réalisation illustré en , chaque photodétecteur 25 est associé à quatre ouvertures 33 (il est par exemple associé à deux ouvertures 33 selon l'axe X et à deux ouvertures 33 selon l'axe Z) et quatre ouvertures 39. En pratique, la résolution du filtre angulaire 23 peut être plus de quatre fois supérieure à la résolution du capteur d'images 21. En d'autres termes, en pratique, il peut y avoir plus de quatre fois plus d'ouvertures 39 (ou ouvertures 33) et que de photodétecteurs 25.

Les microlentilles 29 sont, de préférence, recouvertes par une couche 45 de planarisation. La couche 45 est en un matériau au moins partiellement transparent aux premier 203 et deuxième 201 rayonnements.

A titre d'exemple, un filtre couleur est déposé à la surface du dispositif 19 ou à l'intérieur de celui-ci, par exemple, entre le filtre angulaire 23 et le capteur d'images 21.

Un avantage du présent mode de réalisation est qu'il permet de capter le rayonnement 201 uniquement pour des incidences inférieures à 5°, de préférence inferieures à 3,5° et le rayonnement uniquement pour des incidences inférieures à 15°, de préférence inférieures à 10°. Cette filtration par incidence et par longueur d'onde permet au capteur d'images 21 de capter des images dans le vert ou dans l'infrarouge ayant des résolutions optimales.

La représente, par une vue en coupe, une étape d'un procédé de réalisation du dispositif d'acquisition d'image illustré en .

Plus particulièrement, la illustre une structure 49 comprenant le réseau 27 de microlentilles 29 surmonté, optionnellement par la couche 45.

La représente, par une vue en coupe, une autre étape d'un procédé de réalisation du dispositif d'acquisition d'image illustré en .

Plus particulièrement, la illustre une structure 51 obtenue à l'issue d'une étape de dépôt de la couche 31 de la première résine sur la face inférieure de la structure 49 illustrée en .

La couche 31 en la première résine, absorbant au moins dans le premier rayonnement 203, est déposée, pleine plaque, sur la face inférieure de la structure 49, par exemple, par une technique d'enduction à la tournette. La couche 31 est déposée sur une épaisseur h1 équivalente à l'épaisseur des murs 35 réalisés par la suite.

Plus particulièrement, la illustre une structure 53 obtenue à l'issue d'une étape d'insolation de la couche 31 de la structure 51 illustrée en .

Lors de cette étape, la couche 31 de la structure 51 est insolée par un rayonnement, par exemple un rayonnement ultraviolet (UV). L'insolation est réalisée à travers le réseau 27 de microlentilles 29 c'est-à-dire que les rayons dudit rayonnement traversent le réseau 27 de microlentilles 29 avant d'atteindre la couche 31 par sa face supérieure 31s. Le rayonnement d'insolation est non collimaté, c'est-à-dire que les rayons du rayonnement n'arrivent pas tous parallèles entre eux à la surface des microlentilles 29. Chaque rayon du rayonnement d'insolation va ainsi traverser une microlentille 29 et en ressortir en ne passant pas forcement par le point focale image de cette microlentille. Les rayons vont alors traverser la couche 31 sur des largeurs sensiblement égales à la largeur w1.

Après développement, c'est-à-dire à la suite d'un rinçage par une solution développeur, la couche 31 comprend les ouvertures 33 délimitées par les murs 35. Chaque ouverture 33 a ainsi une largeur w1. Le pas de répétition p1 entre deux ouvertures 33 est égal au pas de répétition des microlentilles 29. A l'issue de l'étape de développement, les ouvertures 33 peuvent être remplies d'une couche de planarisation, par exemple, en PDMS.

En variante des figures 4 et 5, une couche de résine transparente aux rayonnements 201et 203 est déposée à la surface de la face inférieure de la structure 49 illustrée en , c'est-à-dire à la surface de la face inférieure du substrat 30. La couche en résine transparente peut, ensuite être insolée par un rayonnement UV puis développée de façon à former des plots similaires aux ouvertures 33 illustrées en lorsqu'elles sont remplies d'une résine transparente. Les espaces entre deux plots sont alors comblés d'un matériau opaque au moins au rayonnement 203 de façon à former les murs 35.

Plus particulièrement, la illustre une structure 55 obtenue à l'issue d'une étape optionnelle de dépôt de la couche 43 sur la face inférieure de la structure 53 illustrée en .

Préalablement à l'étape de formation et dépôt de la couche 43, les ouvertures 33 de la structure 53 illustrée en sont, de préférence, comblées par un matériau transparent, par de l'air, un gaz ou un vide semi-partiel.

La couche 43 optionnelle est réalisée par dépôt pleine plaque, par exemple par centrifugation, sur la face inférieure de la structure 53 illustrée en , plus précisément sur la face inférieure 31i de la couche 31.

Plus particulièrement, la illustre une structure 57 obtenue à l'issue d'une étape de dépôt de la couche 37 de la deuxième résine sur la face inférieure de la structure 55 illustrée en .

La couche 37 en la première résine, absorbant au moins dans le deuxième rayonnement 201 mais n'absorbant pas dans le premier rayonnement 203, est déposée, pleine plaque, sur la face inférieure de la structure 55, par exemple, par une technique d'enduction à la tournette. La couche 37 est déposée sur une épaisseur h2 équivalente à l'épaisseur des murs 41 réalisés par la suite.

Plus particulièrement, la illustre une structure 59 obtenue à l'issue d'une étape d'insolation de la couche 37 de la structure 57 illustrée en .

Lors de cette étape, la couche 37 de la structure 57 est insolée par un rayonnement, par exemple un rayonnement ultraviolet (UV). L'insolation est réalisée à travers le réseau 27 de microlentilles 29 c'est-à-dire que les rayons dudit rayonnement traversent le réseau 27 de microlentilles 29 avant d'atteindre la couche 37 par sa face supérieure 37s. Le rayonnement d'insolation est collimaté, c'est-à-dire que les rayons du rayonnement arrivent tous parallèles entre eux à la surface des microlentilles 29. Chaque rayon du rayonnement d'insolation va ainsi traverser une microlentille 29 et en ressortir en passant par le point focal image de cette microlentille situé, de préférence, aux abords de la face inférieure de la couche 37, c'est-à-dire la face de la couche 37 à l'opposé de la couche 43.

Après développement, c'est-à-dire à la suite d'un rinçage par une solution développeur, la couche 37 comprend les ouvertures 39 délimitées par les murs 41. Chaque ouverture 39 a ainsi une largeur w2. Le pas de répétition p1 entre deux ouvertures 39 est égal au pas de répétition des microlentilles 29.

La différence entre la largeur w1 et la largeur w2 vient du fait que les ouvertures respectives sont effectuées avec des rayonnements dont la collimation est différente. En effet d'une part les ouvertures 33 sont effectuées à l'aide d'un rayonnement légèrement divergent donc plus étendu à la sortie des microlentilles 29 et d'autre part les ouvertures 39 sont effectuées à l'aide d'un rayonnement collimaté donc moins étendu à la sortie des microlentilles 29.

En variante, la différence entre la largeur w1 et la largeur w2 vient du fait que les ouvertures respectives sont effectuées avec les mêmes microlentilles 29. En effet, la distance entre les foyers images des microlentilles 29 et la couche 31 est plus importante que la distance entre les foyers images des microlentilles 29 et la couche 37. Ainsi, la largeur du cône de rayonnement de chaque microlentille 29 traversant la couche 31 sera plus grande que la largeur du même cône de rayonnement traversant la couche 37, la largeur du cône de rayonnement étant sensiblement nulle au foyer image de cette même microlentille 29.

Similairement à la couche 31, la couche 37 peut être en variante formée par le dépôt d'une couche de résine transparente aux rayonnements 201 et 203 à la surface de la face inférieure de la structure 55 illustrée en , c'est-à-dire à la surface de la face inférieure de la couche 43. La couche en résine transparente peut, ensuite être insolée par un rayonnement UV puis développée de sorte à former des plots similaires aux ouvertures 39 illustrées en lorsqu'elles sont remplies d'une résine transparente. Les espaces entre deux plots sont alors comblés d'un matériau opaque au rayonnement 201 de façon à former les murs 41.

Un avantage des modes de réalisation et des modes de mise en oeuvre décrits est qu'ils permettent de filtrer à la fois angulairement, mais aussi en fonction des longueurs d'onde, le rayonnement incident.

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 apparaîtront à la personne du métier. En particulier, on aurait pu envisager une structure comportant une troisième couche de ouvertures en une troisième résine opaque dans un autre domaine optiques ou une structure comportant trois couches de ouvertures en troisième résine, les trois résines étant opaques dans des domaines optiques différents.

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

Filtre angulaire comprenant un réseau (27) de microlentilles (29), une première matrice (31) d'ouvertures (33) dans une couche d'une première résine et une deuxième matrice (37) d'ouvertures (39) dans une couche d'une deuxième résine, la première résine bloquant au moins un premier rayonnement (203) et la deuxième résine bloquant un deuxième rayonnement (201), différent du premier rayonnement.
Filtre angulaire selon la revendication 1, dans lequel le premier rayonnement (203) correspond à un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1700 nm, de préférence comprise entre 820 nm et 870 nm ou entre 910 nm et 970 nm.
Filtre angulaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel et le deuxième rayonnement (201) correspond à un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 600 nm, de préférence entre 470 nm et 600 nm.
Filtre angulaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième rayonnement (201) correspond à un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 600 nm et 700 nm, de préférence entre 600 nm et 680 nm.
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les ouvertures (33) de la première matrice (31) sont, dans la direction perpendiculaire à l'axe des ouvertures, de surface plus importante que les ouvertures (39) de la deuxième matrice (37), dans ladite direction.
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel chaque ouverture (33) de la première matrice (31) a son centre aligné avec une ouverture (39) de la deuxième matrice (37) et avec l'axe optique d'une microlentille (29).
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une couche de protection (43) entre la première matrice (31) d'ouvertures (33) et la deuxième matrice (37) d'ouvertures (39).
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la première résine bloque le premier rayonnement.
Filtre angulaire selon la revendication 8, dans lequel la première résine bloque le deuxième rayonnement.
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les ouvertures de la première matrice sont des trous, par exemple remplis d'un matériau transparent au deuxième rayonnement et/ou au premier rayonnement.
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les ouvertures de la deuxième matrice sont des trous, par exemple remplis d'un matériau transparent au deuxième rayonnement et/ou au premier rayonnement.
Procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
former, sur une face d'un réseau (27) de microlentilles (29) une couche (31) d'une première résine de sorte que la première résine et les faces planes des microlentilles se fassent face ;

insoler avec un rayonnement lumineux la couche de la première résine à travers le réseau de microlentilles et développer de façon à former une première matrice d'ouvertures (33) dans la première résine ;

former une couche (37) d'une deuxième résine sur la première matrice d'ouvertures, sur une face à l'opposé du réseau de microlentilles ; et

insoler avec un rayonnement lumineux la couche de la deuxième résine à travers le réseau de microlentilles et développer de façon à former une deuxième matrice d'ouvertures (39) dans la deuxième résine,
de façon à obtenir un filtre angulaire (23) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
Procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
former, sur une face d'un réseau (27) de microlentilles (29) une couche d'une résine transparente de sorte que la résine transparente et les faces planes des microlentilles se fassent face ;

insoler avec un rayonnement lumineux la couche de résine transparente à travers le réseau de microlentilles, développer de façon à former une première matrice de plots dans la résine transparente et remplir les espaces entre les plots avec une première résine ;

former une autre couche de résine transparente sur la première matrice, sur une face à l'opposé du réseau de microlentilles ; et

insoler avec un rayonnement lumineux l'autre couche de résine transparente à travers le réseau de microlentilles, développer de façon à former une deuxième matrice de plots dans la résine transparente et remplir les espaces entre les plots avec une deuxième résine,
de façon à obtenir un filtre angulaire (23) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
Procédé selon la revendication 12 ou 13 dans lequel le rayonnement lumineux de l'étape d) est un rayonnement collimaté.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel le rayonnement lumineux de l'étape b) est un rayonnement moins collimaté que le rayonnement lumineux de l'étape d).
Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le rayonnement lumineux est identique et collimaté dans les étapes b) et d).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, dans lequel les rayonnements lumineux aux étapes b) et d) sont des rayonnements ultraviolets.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, comprenant une étape e), entre l'étape b) et l'étape c), de formation d'une couche de protection (43) sur et en contact avec la première matrice (31).
Capteur d'image comportant, au moins :
un capteur d'image (21) constitué d'une matrice de photodétecteurs (25) ; et
un filtre angulaire (23) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.