FR3117614A1

FR3117614A1 - Filtre angulaire optique

Info

Publication number: FR3117614A1
Application number: FR2013270A
Authority: FR
Inventors: Fabien GEOFFRAY; Anthony Barbot
Original assignee: Isorg SA
Current assignee: Isorg SA
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2040-12-15
Also published as: EP4264341A1; CN116635763A; FR3117614B1; JP2023554061A; US20230408741A1; WO2022128873A1

Abstract

Filtre angulaire optique La présente description concerne un filtre angulaire optique comportant un réseau de piliers (33) dans un premier matériau transparent, une matrice de murs (35) en un deuxième matériau opaque, séparant les piliers les uns des autres, l'indice de réfraction du deuxième matériau étant différent de celui du premier matériau. Figure pour l'abrégé : Fig. 2

Description

Filtre angulaire optique

La présente description concerne un filtre optique et plus précisément 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 biométrique.

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 optiques angulaires connus.

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

Un mode de réalisation prévoit un Filtre angulaire optique comportant :
un réseau de piliers dans un premier matériau transparent ;
une matrice de murs en un deuxième matériau opaque, séparant les piliers les uns des autres ;
l'indice de réfraction du deuxième matériau étant différent de celui du premier matériau.

Selon un mode de réalisation, la différence entre les indices de réfraction des premier et deuxième matériaux change de signe à une longueur d'onde donnée.

Selon un mode de réalisation, le rapport entre les indices de réfraction des matériaux s'inverse pour une longueur d'onde donnée.

Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du premier matériau est, pour des longueurs d'onde dans le domaine de l'infrarouge, supérieur à l'indice de réfraction du deuxième matériau et, pour des longueurs d'onde dans le domaine du visible, inférieur à l'indice de réfraction du deuxième matériau.

Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du deuxième matériau est inférieur à celui du premier matériau, pour au moins une partie du spectre.

Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du deuxième matériau est inférieur à celui du premier matériau premier pour tout le spectre visible et infrarouge.

Selon un mode de réalisation, la différence d'indice de réfraction entre les deux matériaux est comprise entre 0,001 et 0,5.

Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du premier matériau de l'ordre de 1,57, de préférence de 1,57.

Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du deuxième matériau est de l'ordre de 1,49, de préférence de 1,49.

Selon un mode de réalisation, l'épaisseur du filtre est choisie en fonction de la sélectivité souhaitée pour le filtre angulaire.

Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième matériaux sont des résines organiques.

Selon un mode de réalisation, le filtre angulaire comporte en outre un réseau de microlentilles.

Un mode de réalisation prévoit un dispositif d'acquisition d'images comportant un filtre angulaire.

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 représente, 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 illustre par une vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire ;

la illustre par une autre vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire ;

la illustre par encore une autre vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire ;

la représente des exemples de transmittance de filtres angulaire ; et

la illustre le fonctionnement d'un mode de réalisation préféré de filtre angulaire.

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.

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 ou à un ... 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.

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 %, de préférence supérieure à 50 %. 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 5 sont représentés dans l'espace selon un repère XYZ orthogonal direct, l'axe Z 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, également appelés photodétecteurs. Les photodétecteurs sont, de préférence, agencés sous forme matricielle. Les photodétecteurs peuvent être recouverts d'un revêtement de protection non représenté.

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

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

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.

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

Le filtre angulaire 23 comporte, selon les modes de réalisation décrits, une matrice 31 ou couche de trous ou ouvertures 33 dans un premier matériau opaque, remplies d'un deuxième matériau transparent formant un réseau ou une matrice de piliers transparents 33. En d'autres termes, le premier matériau définit des murs opaques 35 formant quadrillage autour des piliers transparents 33. En pratique, la fabrication du filtre angulaire est généralement inverse, c'est-à-dire que l'on commence par former un réseau de piliers 33 transparents et que l'on comble les interstices entre les piliers par un matériau opaque formant quadrillage dans chaque maille duquel se trouve un pilier transparent.

La transparence et l'opacité des matériaux constitutifs du filtre angulaire s'entend par rapport au rayonnement auquel ou auxquels s'applique le dispositif d'acquisition d'images.

Dans l'exemple de la , les pilier 33 ont, dans le plan XZ, une section décroissante en direction du capteur 21. Dans ce cas, les murs 35 ont, à l'inverse, dans le plan XZ, une section croissance en direction du capteur.

Selon un autre mode de réalisation, les piliers et murs ont des sections régulières dans l'épaisseur (dimension Z) du filtre 23.

De façon générale, chaque pilier 33 (ou ouverture 33 dans le filtre angulaire) peut avoir une forme trapézoïdale, rectangulaire ou avoir la forme d'un entonnoir. Chaque pilier 33, vu de dessus (c’est-à-dire dans le plan XY), peut avoir une forme circulaire, ovale ou polygonale, par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire ou trapézoïdale. Chaque pilier 33, vue de dessus, à une forme de préférence circulaire. On définit par largeur d'un pilier 33 la dimension caractéristique du pilier 33 dans le plan XY. Par exemple, pour un pilier 33 ayant une section de forme carrée dans le plan XY, la largeur correspond à la dimension d'un côté et pour un pilier 33 ayant une section de forme circulaire dans le plan XY, la largeur correspond au diamètre du pilier 33. De plus, on appelle centre d'un pilier 33 le point situé à l'intersection de l'axe de symétrie des piliers 33 et de la face inférieure du niveau, matrice ou couche, 31. Par exemple, pour des piliers 33 circulaires, le centre de chaque pilier 33 est situé sur l'axe de révolution du pilier 33.

Le rôle du filtre angulaire 23 est de contrôler les rayons reçus par le capteur d'image en fonction de l'incidence de ces rayons à la surface externe du filtre. Un filtre angulaire permet plus particulièrement de sélectionner uniquement la lumière d'une scène à imager avec une incidence proche de la normale.

Un filtre angulaire se caractérise généralement par la largeur du pic de transmission à mi-hauteur (en degrés) de sa transmittance maximale. On parle généralement de demi-largeur à la moitié de la transmittance maximale du filtre angulaire (HWHM : Half Width High Maximum).

De préférence, le filtre angulaire comporte en outre un réseau 27 de microlentilles 29 de taille micrométrique, par exemple plan-convexe.

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.

Lorsqu'ils sont présents dans le filtre angulaire, 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 piliers 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 autre 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 "h" l'épaisseur ou hauteur (dans la direction Z) de la matrice 31. La hauteur "h" de la matrice 31 (et de préférence du filtre angulaire 23) est approximativement constante, de préférence constante.

Les piliers transparents 33 peuvent tous avoir sensiblement les mêmes dimensions. On appelle "w" la largeur (dans la direction X) d'un pilier 33 (mesurée à la base du pilier, c'est-à-dire à l'interface avec le substrat 30). La dimension dans la direction Y est, de préférence, la même que dans la direction X. On appelle "p" le pas de répétition des piliers 33, c'est-à-dire la distance, selon l'axe X ou l'axe Y, entre des centres de deux piliers 33 successifs d'une rangée ou d'une colonne.

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

Chaque pilier 33 est, de préférence, associé à une seule microlentille 29 du réseau 27. Les axes optiques des microlentilles 29 sont, de préférence, alignés avec les centres des piliers 33 de la matrice 31. Le diamètre des microlentilles 29 est, de préférence, supérieur à la section maximale (mesurée perpendiculairement aux axes optiques) des piliers 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. En l'absence de microlentille, les ra rayonnement se trouve moins concentré et focalisé par le filtre joue néanmoins son rôle de filtrer le rayonnement incident par rapport à l'axe des piliers 33.

Les dimensions dans le plan XY des ouvertures du filtre ou des piliers transparents 33 est par exemple fonction de la taille des pixels du dispositif d'acquisition d'image.

Les modes de réalisation décrits prévoient de tirer profit de propriétés particulières des matériaux constitutifs de la matrice de piliers transparents 33 et des murs 35 qui les séparent. Plus particulièrement, on prévoit de sélectionner ces matériaux, préférentiellement des résines organiques, en fonction de leurs indices de réfraction respectifs afin de contrôler les caractéristiques du filtre angulaire.

Plus précisément, on prévoit des indices de réfraction différents pour les piliers et pour les murs. Les matériaux constitutifs des piliers 33 et des murs 35 étant préférentiellement des matériaux solides, mais dans un exemple simplifié de réalisation, on pourra prévoir des piliers 33 d'air.

Le choix des matériaux en fonction de leurs indices de réfraction respectifs permet de contrôler la transmission angulaire à travers le filtre, ce qui permet d'optimiser la sélectivité du filtre en incidence et en longueur d'onde.

Selon un aspect de la présente description, on prévoit de choisir le matériau (la résine) constitutif des piliers 33 pour que son indice optique de réfraction soit supérieur à l'indice de réfraction du matériau constitutif de des murs 35 ou du quadrillage autour des ouvertures du filtre.

La illustre par une vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire.

Pour simplifier, seul un pilier 33 est représenté en . En choisissant convenablement les indices de réfraction des résines organiques constitutives des murs 35 et des piliers 33, on voit qu'un rayon incident r subit une réflexion totale interne à l'intérieur des ouvertures ou piliers 33. Cela participe à régler la transmission angulaire du filtre 23 et offre un paramètre supplémentaire par rapport aux hauteur et largeur des piliers transparents 33.

La illustre par une autre vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire.

La illustre par encore une autre vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire.

Les figures 4 et 5 sont des représentations schématiques illustrant l'impact de l'incidence d'un faisceau de rayons incidents sur la réponse du filtre.

Dans l'exemple de la , on suppose un faisceau de rayons d'incidence relativement faible et, dans l'exemple de la , un faisceau f' d'incidence relativement forte (par rapport à l'incidence faible de la .

On constate que, pour des angles d'incidence élevée, une partie des rayons est guidée dans le pilier 33 et donc transmise par le filtre angulaire 23. Cela permet d'élargir le pic de transmission par rapport à un filtre angulaire dans lequel cette réflexion ne se produirait pas ou ne serait pas contrôlée par le choix des indices de réfraction des matériaux respectifs des piliers transparents et des murs opaques.

La représente des exemples de transmittance de filtres angulaire.

Deux courbes GEN1 (en pointillés) et GEN2 (en trait plein) de réponse de deux filtres angulaires différents sont illustrées en . Les courbes représentent la transmittance angulaire (Angular Transmittance) en fonction de l'angle d'incidence (Incidence Angle).

La réponse GEN1 symbolise la réponse d'un filtre angulaire usuel dans lequel la transmission du filtre angulaire en fonction de l'incidence est principalement conditionnée par les dimensions (hauteur et largeur ou section) des piliers transparents 33. La largeur du pic de transmission à mi largeur (en degrés) de sa transmittance maximale est relativement étroite.

La réponse GEN2 symbolise la réponse d'un filtre angulaire selon les modes de réalisation décrits dans lequel, grâce à la variation d'indice de réfraction entre les murs 35 et la piliers 33, on combine l'effet lié aux dimensions des piliers à un effet de réflexion à l'intérieur de ces derniers. Le pic de transmission est ainsi plus large que dans un filtre usuel.

A titre d'exemple particulier de réalisation la différence d'indice de réfraction entre les deux matériaux est comprise entre 0,001 et 0,5. Selon un exemple de réalisation particulier, l'indice de réfraction du matériau constitutif des murs 35 est de l'ordre de 1,49, de préférence de 1,49. Selon un exemple de réalisation particulier, l'indice de réfraction du matériau constitutif des piliers 33 est de l'ordre de 1,57, de préférence de 1,57.

De préférence, l'épaisseur du filtre angulaire 23 et plus particulièrement de la matrice ou couche 31 est choisie en fonction de la sélectivité souhaitée pour le filtre angulaire

Selon un autre aspect de la présente description, on prévoit d'effectuer le choix entre les indices de réfraction des murs 35 et des piliers 33 également en fonction de longueurs d'onde que l'on souhaite éliminer ou favoriser dans la réponse du filtre angulaire.

Selon encore un autre aspect de la présente description, on prévoit un choix particulier des résines organiques constitutives des murs 35 et des piliers 33 pour que le rapport entre leurs indices de réfraction respectifs soit fonction de la longueur d'onde et s'inverse pour une longueur d'onde donnée entre une plage de longueurs d'onde à transmettre et une plage de longueurs d'onde à filtrer.

La illustre le fonctionnement d'un mode de réalisation préféré de filtre angulaire selon cet aspect.

Cette figure représente des exemples d'allures R33 (allure en trait plein) et R35 (allure en pointillée) d'évolution de l'indice de réfraction "n" d'une résine constitutive des piliers 33 et d'une constitutive des murs 35 en fonction de la longueur d'onde λ.

Comme on peut le voir sur cette figure, les courbes R33 et R35 ont des allures générales similaires, l'indice de réfraction n décroissant avec l'augmentation de la longueur d'onde. Cependant, le rapport entre les indices respectifs des résines s'inverse pour une longueur d'onde λ0. Cela signifie que le rapport est inférieur (ou supérieur) à 1 pour des longueurs d'onde inférieures à λ0, égal à 1 pour une longueur d'onde égale à λ0 et supérieur (respectivement inférieur) à 1 pour des longueurs d'onde supérieures à λ0.

En d'autres termes, la différence entre les indices de réfraction des premier et deuxième matériaux change de signe à une longueur d'onde λ0 donnée lorsque la longueur d'onde croît.

Dans l'exemple de la , l'indice de réfraction de la résine des murs 35 (courbe en pointillés) est inférieur à celui des piliers 33 (courbe en trait plein) pour des longueurs d'onde inférieures à λ0, alors qu'il est supérieur pour des longueurs d'onde supérieures à λ0. Par conséquent, pour une longueur d'onde λ1 (ou une plage de longueurs d'onde) inférieure à λ0, les rayons ne sont pas réfléchis à l'intérieur des piliers 33 mais sont à l'inverse absorbés par les murs 35. A l'inverse pour une longueur d'onde λ2 (ou une plage de longueurs d'onde) supérieure à λ0, les rayons sont réfléchis à l'intérieur des piliers 33.

On est alors en mesure de conditionner la réponse du filtre angulaire 23 et d'optimiser ses caractéristiques en fonction de la plage de longueurs d'onde que l'on souhaite favoriser. Cet effet est obtenu par un choix des résines constitutives des murs et des piliers, chaque résine ayant une réponse en termes d'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde qui lui est propre.

En d'autres termes, les matériaux sont choisis de façon à présenter des indices de réfraction inversés à deux longueurs d'onde λ1 et λ2 différentes.

Un tel effet permet, par exemple, d'intégrer un filtre infrarouge dans le filtre angulaire. Les rayons infrarouges (longueurs d'onde inférieures à λ0) sont filtrés tandis que les rayons dans le domaine du visible sont favorisés. Le filtre fonctionne alors comme un filtre couleur pour les longueurs d'onde supérieures à λ0.

Le filtre 23, plus particulièrement la matrice de piliers 33 est réalisé en utilisant des technologies de fabrication en couches minces, ce qui rend possible l'intégration du filtre dans un système d'imagerie tout en conservant une faible distance de la scène à imager avec le capteur.

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.

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 optique comportant :
un réseau de piliers (33) dans un premier matériau transparent ;
une matrice de murs (35) en un deuxième matériau opaque, séparant les piliers les uns des autres ;
l'indice de réfraction du deuxième matériau étant différent de celui du premier matériau.
Filtre angulaire selon la revendication 1, dans lequel la différence entre les indices de réfraction des premier et deuxième matériaux change de signe à une longueur d'onde donnée (λ0).
Filtre angulaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le rapport entre les indices de réfraction des matériaux s'inverse pour une longueur d'onde donnée (λ0).
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'indice de réfraction du premier matériau est, pour des longueurs d'onde dans le domaine de l'infrarouge, supérieur à l'indice de réfraction du deuxième matériau et, pour des longueurs d'onde dans le domaine du visible, inférieur à l'indice de réfraction du deuxième matériau.
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'indice de réfraction du deuxième matériau est inférieur à celui du premier matériau, pour au moins une partie du spectre.
Filtre angulaire selon la revendication 5, dans lequel l'indice de réfraction du deuxième matériau est inférieur à celui du premier matériau premier pour tout le spectre visible et infrarouge.
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la différence d'indice de réfraction entre les deux matériaux est comprise entre 0,001 et 0,5.
Filtre angulaire selon la revendication 6, dans lequel l'indice de réfraction du premier matériau de l'ordre de 1,57, de préférence de 1,57.
Filtre angulaire selon la revendication 6 ou 8, dans lequel l'indice de réfraction du deuxième matériau est de l'ordre de 1,49, de préférence de 1,49.
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'épaisseur (h) du filtre est choisie en fonction de la sélectivité souhaitée pour le filtre angulaire.
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les premier et deuxième matériaux sont des résines organiques.
Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comportant en outre un réseau (27) de microlentilles (29).
Dispositif d'acquisition d'images comportant un filtre angulaire (23) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.