WO2022128873A1 - Filtre angulaire optique - Google Patents

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WO2022128873A1
WO2022128873A1 PCT/EP2021/085408 EP2021085408W WO2022128873A1 WO 2022128873 A1 WO2022128873 A1 WO 2022128873A1 EP 2021085408 W EP2021085408 W EP 2021085408W WO 2022128873 A1 WO2022128873 A1 WO 2022128873A1
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refractive index
filter
pillars
filter according
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Fabien GEOFFRAY
Anthony BARBOT
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Isorg
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
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    • G—PHYSICS
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    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
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    • G02B6/08—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images with fibre bundle in form of plate
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    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays

Definitions

  • This description relates to an optical filter and more specifically an angular optical filter.
  • the present description relates to an angular filter intended to be used within an optical system, for example, a biometric imaging system.
  • An angular filter is a device making it possible to filter incident radiation as a function of the incidence of this radiation and thus block the rays whose incidence is greater than a maximum incidence.
  • Angle filters are frequently used in conjunction with image sensors.
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known angular optical filters.
  • One embodiment provides an optical angular filter comprising: a network of pillars in a first transparent material; a matrix of walls in a second opaque material, separating the pillars from each other, the ratio between the refractive indices of the first and second materials depending on the wavelength.
  • the difference between the refractive indices of the first and second materials changes sign at a given wavelength.
  • the ratio between the refractive indices of the materials is reversed for a given wavelength.
  • the refractive index of the first material is, for wavelengths in the infrared range, greater than the refractive index of the second material and, for wavelengths of wave in the visible range, lower than the refractive index of the second material.
  • the refractive index of the second material is lower than that of the first material, for at least part of the spectrum.
  • the refractive index difference between the two materials is between 0.001 and 0.5.
  • the refractive index of the first material is, depending on the wavelength, between 1.55 and 1.65 and is equal, at a wavelength less than said wavelength given wave, of the order of 1.57, preferably 1.57.
  • the refractive index of the second material is, at a wavelength lower than said given wavelength, between 1.45 and 1.6.
  • the refractive index of the second material is between 1.52 and 1.57 and is, at a wavelength less than said given wavelength, of the order of 1.55, preferably 1.55. According to one embodiment, the refractive index of the second material is between 1.45 and 1.5 and is, at a wavelength less than said given wavelength, of the order of 1.49, preferably 1.49.
  • the thickness of the filter is chosen according to the selectivity desired for the angular filter.
  • the first and second materials are organic resins.
  • the angular filter further comprises an array of microlenses.
  • One embodiment provides an image acquisition device comprising an angular filter.
  • Figure 1 shows, by a block diagram, partial and schematic, an embodiment of an image acquisition system
  • FIG. 2 shows, in a partial and schematic sectional view, an embodiment of an image acquisition device comprising an angular filter
  • Figure 3 illustrates in a schematic sectional view, the operation of an embodiment of an angular filter
  • Figure 4 illustrates by another schematic sectional view, the operation of an embodiment of an angular filter
  • Figure 5 illustrates by yet another schematic sectional view, the operation of an embodiment of an angular filter
  • FIG. 6 represents examples of transmittance of angular filters
  • FIG. 7 illustrates the operation of a preferred embodiment of an angle filter.
  • a layer or a film is said to be opaque to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or the film is less than 10%. In the rest of the description, a layer or a film is said to be transparent to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or the film is greater than 10%, preferably greater than 50%.
  • all the elements of the optical system which are opaque to radiation have a transmittance which is less than half, preferably less than a fifth, more preferably less than a tenth, of the transmittance the weakest of the elements of the optical system transparent to said radiation.
  • useful radiation is used to refer to the electromagnetic radiation passing through the optical system in operation.
  • optical element of micrometric size refers to an optical element formed on one face of a support whose maximum dimension, measured parallel to said face, is greater than 1 ⁇ m and less than 1 mm.
  • each micrometric-sized optical element corresponds to a micrometric-sized lens, or microlens, composed of two diopters.
  • each optical element of micrometric size being able to correspond, for example, to a Fresnel lens of micrometric size, to a micron-sized gradient index lens or to a micron-sized diffraction grating.
  • visible light is called electromagnetic radiation whose wavelength is between 400 nm and 700 nm
  • green light is electromagnetic radiation whose wavelength is between 400 nm and 600 nm, more preferably between 470 nm and 600 nm.
  • Infrared radiation is electromagnetic radiation with a wavelength between 700 nm and 1 mm. In infrared radiation, a distinction is made in particular between near-infrared radiation, the wavelength of which is between 700 nm and 1.7 ⁇ m, more preferably between 850 nm and 940 nm.
  • Figure 1 illustrates, by a block diagram, partial and schematic, an embodiment of an image acquisition system 11.
  • the image acquisition system 11, illustrated in FIG. 1, comprises: an image acquisition device 13 (DEVICE); and a processing unit 15 (PU).
  • DEVICE image acquisition device 13
  • PU processing unit 15
  • the processing unit 15 preferably comprises signal processing means provided by the device 11, not shown in Figure 1.
  • the processing unit 15 comprises, for example, a microprocessor.
  • the device 13 and the processing unit 15 are preferably connected by a connection 17.
  • the device 13 and the processing unit 15 are, for example, integrated in the same circuit.
  • Figure 2 shows, in a sectional view, partial and schematic, an embodiment of an image acquisition device 19 comprising an angular filter.
  • the image acquisition device 19 shown in Figure 2 comprises, from bottom to top in the orientation of the figure: an image sensor 21; and an angular filter 23, covering the image sensor 21.
  • the embodiments of the devices of FIGS. 2 to 5 are represented in space according to a direct orthogonal XYZ frame, the Z axis of the XYZ frame being orthogonal to the upper face of the image sensor. 21.
  • the image sensor 21 comprises an array of photon sensors, also called photodetectors.
  • the photodetectors are preferably arranged in matrix form.
  • the photodetectors can be covered with a protective coating, not shown.
  • the photodetectors all have the same structure and the same properties/characteristics. In other words, all the photodetectors are substantially identical within manufacturing tolerances.
  • the photodetectors do not all have the same characteristics and may be sensitive to different wavelengths.
  • photodetectors can be sensitive to infrared radiation and photodetectors can be sensitive to radiation in the visible range.
  • the image sensor 21 further comprises conductive tracks and switching elements, in particular transistors, not shown, allowing the selection of photodetectors.
  • the photodetectors are preferably made of organic materials.
  • the photodiodes are, for example organic photodiodes (OPD, Organic Photodiode) integrated on a substrate with CMOS transistors (Complementary Metal Oxide Semiconductor, complementary metal oxide semiconductor) or a substrate with thin film transistors (TFT or Thin Film Transistor).
  • the substrate is for example made of silicon, preferably of monocrystalline silicon.
  • the channel, source and drain regions of TFT transistors are for example made of amorphous silicon (a-Si or amorphous Silicon), indium, gallium, zinc and oxide (IGZO Indium Gallium Zinc Oxide) or low temperature polycrystalline silicon ( LTPS or Low Temperature Polycrystalline Silicon).
  • the photodiodes of the image sensor 21 comprise, for example, a mixture of organic semiconductor polymers such as poly(3-hexylthiophene) or poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl), known under the name P3HT , mixed with methyl [6,6]-phenyl-C61-butanoate (N-type semiconductor), known as PCBM.
  • organic semiconductor polymers such as poly(3-hexylthiophene) or poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)
  • P3HT organic semiconductor polymers
  • P3HT poly(3-hexylthiophene) or poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl
  • PCBM methyl [6,6]-phenyl-C61-butanoate
  • the photodiodes of the image sensor 21 comprise, for example, small molecules, that is to say molecules having molar masses of less than 500 g/mol, preferably less than 200 g/mol.
  • the photodiodes can be inorganic photodiodes, for example, made from amorphous silicon or crystalline silicon.
  • the photodiodes are composed of quantum boxes (quantum dots).
  • the angular filter 23 comprises, according to the embodiments described, a matrix 31 or layer of holes or openings 33 in a first opaque material, filled with a second transparent material forming a network or a matrix of transparent pillars 33.
  • the first material defines opaque walls 35 forming a grid around the transparent pillars 33. of transparent pillars 33 and that the interstices between the pillars are filled with an opaque material forming a grid in each mesh of which there is a transparent pillar.
  • the transparency and opacity of the constituent materials of the angular filter is understood in relation to the radiation to which the image acquisition device applies.
  • the pillar 33 have, in the XZ plane, a decreasing section in the direction of the sensor 21.
  • the walls 35 have, conversely, in the XZ plane, a growth section towards the sensor.
  • the pillars and walls have regular sections in the thickness (dimension Z) of the filter 23.
  • each pillar 33 (or opening 33 in the angular filter) can have a trapezoidal, rectangular shape or have the shape of a funnel.
  • Each pillar 33 seen from above (that is to say in the XY plane), can have a circular, oval or polygonal shape, for example triangular, square, rectangular or trapezoidal.
  • Each pillar 33 seen from above, has a preferably circular shape
  • the width of a pillar 33 is defined as the characteristic dimension of the pillar 33 in the XY plane. For example, for a pillar 33 having a square section in the XY plane, the width corresponds to the dimension of one side and for a pillar 33 having a circular section in the XY plane, the width corresponds to the diameter of the pillar 33.
  • the center of a pillar 33 is the point located at the intersection of the axis of symmetry of the pillars 33 and of the lower face of the level, matrix or layer, 31.
  • the center of each pillar 33 is located on the axis of revolution of the pillar 33.
  • the role of the angular filter 23 is to control the rays received by the image sensor according to the incidence of these rays on the outer surface of the filter.
  • An angular filter makes it possible more particularly to select only the light of a scene to be imaged with an incidence close to the normal.
  • An angular filter is generally characterized by the width of the transmission peak at mid-height (in degrees) of its maximum transmittance.
  • the angular filter further comprises an array 27 of microlenses 29 of micrometric size, for example plano-convex.
  • the array 27 of microlenses 29 is formed on a substrate or support 30 and in contact with the latter, the substrate 30 then being interposed between the microlenses 29 and the matrix 31.
  • the substrate 30 may be made of a transparent polymer which does not absorb, at least, the wavelengths considered, here in the visible and near-infrared range.
  • This polymer can in particular be poly(ethylene terephthalate) PET, poly(methyl methacrylate) PMMA, polymer of inecyclic olefin (COP), polyimide (PI), polycarbonate (PC).
  • the thickness of the substrate 30 can vary between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the substrate 30 can correspond to a colored filter, to a polarizer, to a half-wave plate or to a quarter-wave plate.
  • the microlenses 29 can be made of silica, of PMMA, of a positive photosensitive resin, of PET, of poly(ethylene naphthalate) (PEN), of COP, of polydimethylsiloxane (PDMS)/silicone, of epoxy resin or in acrylate resin.
  • the microlenses 29 can be formed by creeping blocks of a photosensitive resin.
  • the microlenses 29 can additionally be formed by molding on a layer of PET, PEN, COP, PDMS/silicone, epoxy resin or acrylate resin.
  • the microlenses 29 are converging lenses each having a focal distance f of between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 70 ⁇ m. According to one embodiment, all the microlenses 29 are substantially identical.
  • the microlenses 29 and the substrate 30 are preferably made of transparent or partially transparent materials, that is to say transparent in a part of the spectrum considered for the targeted domain, for example, imaging, over the range of wavelengths corresponding to the wavelengths used during the exposure of an object to be imaged.
  • the flat faces of the microlenses 29 face the pillars 33.
  • the microlenses 29 are organized in the form of a grid of rows and columns.
  • the microlenses 29 are, for example, aligned.
  • the repeating pattern of microlenses 29 is, for example, a square in which microlenses 29 are located at the four corners of the square.
  • the microlenses 29 are organized in the form of a grid of rows and staggered columns.
  • the repeating pattern of the microlenses 29 is, for example, a square in which the microlenses 29 are located at the four corners and in the center of the square.
  • the arrangement of the microlenses and, preferably, the meshes of the angular filter are generally hexagonal in shape.
  • the thickness or height (in the Z direction) of the matrix 31 is called "h".
  • the height "h” of the matrix 31 (and preferably of the angular filter 23) is approximately constant, preferably constant.
  • the transparent pillars 33 can all have substantially the same dimensions.
  • w the width (in the direction X in the case of a square mesh) of a pillar 33 (measured at the base of the pillar, that is to say at the interface with the substrate 30) .
  • the dimension in the orthogonal Y direction is preferably the same as in the X direction.
  • the width “w” corresponds to the dimension between the two most distant opposite sides two by two.
  • “p” is the repetition pitch of the pillars 33, that is to say the distance between the centers of two successive pillars 33.
  • the pitch p can be between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m, for example be equal to approximately 12 ⁇ m or approximately 18 ⁇ m.
  • the height h can be between 1 ⁇ m and 1 mm, preferably between 5 ⁇ m and 30 ⁇ m, even more preferably between 10 ⁇ m and 20 ⁇ m.
  • the width w is, preferentially, comprised between 0.5 ⁇ m and 25 ⁇ m, for example, approximately equal to 10 ⁇ m and even more preferentially comprised between 3 ⁇ m and 6 ⁇ m, for example approximately 4 ⁇ m.
  • Each pillar 33 is preferably associated with a single microlens 29 of the array 27.
  • the optical axes of the microlenses 29 are preferably aligned with the centers of the pillars 33 of the matrix 31.
  • the diameter of the microlenses 29 is , preferably greater than the maximum section (measured perpendicular to the optical axes) of the pillars 33.
  • the structure associating the array 27 of microlenses 29 and the matrix 31 is adapted to filter the incident radiation according to its wavelength and the incidence of the radiation with respect to the optical axes of the microlenses 29 of the array 27.
  • the structure is adapted to filter the incident rays, arriving on the microlenses, according to their incidences and their wavelengths. In the absence of a microlens, the radiation is less concentrated and focused by the filter nevertheless plays its role of filtering the incident radiation with respect to the axis of the pillars 33.
  • the dimensions in the XY plane of the openings of the filter or of the transparent pillars 33 is for example a function of the size of the pixels of the image acquisition device.
  • the described embodiments plan to take advantage of particular properties of the constituent materials of the matrix of transparent pillars 33 and of the walls 35 which separate them. More particularly, provision is made to select these materials, preferably organic resins, as a function of their respective refractive indices in order to control the characteristics of the angular filter. More specifically, different refractive indices are provided for the pillars and for the walls.
  • the constituent materials of the pillars 33 and the walls 35 preferably being solid materials, but in a simplified embodiment, pillars 33 of air may be provided.
  • Figure 3 illustrates by a schematic sectional view, the operation of an embodiment of an angular filter.
  • Figure 4 illustrates by another schematic sectional view, the operation of an embodiment of an angular filter.
  • Figure 5 illustrates by yet another schematic sectional view, the operation of an embodiment of an angular filter.
  • Figures 4 and 5 are schematic representations illustrating the impact of the incidence of a beam of incident rays on the response of the filter.
  • a beam of rays of relatively low incidence is assumed and, in the example of FIG. 5, a beam f of relatively high incidence (compared to the low incidence of figure 4.
  • FIG. 6 represents examples of angular filter transmittance.
  • FIG. 6 Two response curves GEN1 (dotted line) and GEN2 (solid line) of two different angular filters are illustrated in FIG. 6.
  • the curves represent the angular transmittance (Angular Transmittance) as a function of the angle of incidence ( Incidence Angle) .
  • the GEN1 response symbolizes the response of a usual angular filter in which the transmission of the angular filter as a function of the incidence is mainly conditioned by the dimensions (height and width or section) of the transparent pillars 33.
  • the width of the peak half-width (in degrees) of its maximum transmittance is relatively narrow.
  • the response GEN2 symbolizes the response of an angular filter according to the embodiments described in which, thanks to the variation in refractive index between the walls 35 and the pillars 33, the effect linked to the dimensions of the pillars to a reflection effect inside them.
  • the transmission peak is thus wider than in a usual filter.
  • the thickness of the angular filter 23 and more particularly of the matrix or layer 31 is chosen according to the desired selectivity for the angular filter.
  • the organic resins constituting the walls 35 and the pillars 33 so that the ratio between their respective refractive indices is a function of the wavelength and, preferably , reverses for a given wavelength between a range of wavelengths to be transmitted and a range of wavelengths to be filtered.
  • FIG. 7 illustrates the operation of an embodiment of an angular filter according to this aspect.
  • This figure shows examples of trends R33 (solid line) and R35 (dotted shape) of evolution of the refractive index "n" of a constituent resin of the pillars 33 and of a constituent walls 35 as a function of the wavelength X.
  • curves R33 and R35 have similar general appearances, the refractive index n decreasing with increasing wavelength.
  • the ratio between the respective indices of the resins is reversed for a wavelength X0. That means that the ratio is less (or greater) than 1 for wavelengths less than X0, equal to 1 for a wavelength equal to X0 and greater (respectively less) than 1 for wavelengths greater than X0. More precisely, the ratio of the index of the walls 35 to that of the pillars 33 is less than 1 for wavelengths less than X0 and greater than 1 for wavelengths greater than X0.
  • the difference between the refractive indices of the first and second materials changes sign at a given wavelength X0 when the wavelength increases.
  • the refractive index of the resin of the walls 35 (dotted curve) is lower than that of the pillars 33 (solid line curve) for wavelengths below X0 , while it is greater for wavelengths greater than X0. Consequently, for a wavelength X1 (or a range of wavelengths) less than X0, the rays are reflected inside the pillars 33 but are not, conversely, absorbed by the walls 35. A Conversely, for a wavelength X2 (or a range of wavelengths) greater than X0, the rays are not reflected inside the pillars 33.
  • Infrared filter into the angular filter. Infrared rays (wavelengths less than X0) are filtered while rays in the visible range are favoured. The filter then functions as a color filter for wavelengths above X0.
  • the refractive index difference between the two materials is between 0.001 and 0.5.
  • the refractive index of the material constituting the walls 35 is, at the wavelength X1, between 1.45 and 1.6.
  • the refractive index of the material of the walls 35 is between 1.52 and 1.57 and is, at the wavelength X1, of the order of 1.55, preferably 1.55.
  • the refractive index of the material constituting the walls 35 is between 1.45 and 1.5 and is, at the wavelength X1, of the order of 1.49, preferably of 1.49.
  • the refractive index of the material constituting the pillars 33 is, at the wavelength Xl, between 1.55 and 1.65 and is, at the wavelength Xl, l order of 1.57, preferably 1.57.
  • the filter 23, more particularly the matrix of pillars 33, is made using thin-layer manufacturing technologies, which makes it possible to integrate the filter into an imaging system while maintaining a short distance from the scene. to be imaged with the sensor.
  • Figure 8 illustrates the operation of another preferred embodiment of angle filter according to this aspect.
  • This figure represents, like FIG. 7, examples of curves R33' (solid line curve) and R35' (dotted curve) of evolution of the refractive index "n" of a constituent resin of the pillars 33 and of a constituent resin of the walls 35 as a function of the wavelength X.
  • the general shapes of curves R33' and R35' while respecting the condition that the ratio between the respective indices of the resins is a function of the wavelength and s' inverse for a wavelength X0, have different general appearances.
  • the refractive index increases for the walls 35 whereas it decreases for the pillars 33.
  • the ratio of the indices (pillars/walls) is greater than 1 for lengths d waves less than X0, equal to 1 for a wavelength equal to X0 and less than 1 for wavelengths greater than X0.

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Abstract

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.

Description

DESCRIPTION
Filtre angulaire optique
La présente demande revendique la priorité de la demande de brevet français 20/13270, déposée le 15 décembre 2020, qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description dans les limites autorisées par la loi.
Domaine technique
[0001] La présente description concerne un filtre optique et plus précisément un filtre optique angulaire.
[0002] 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 .
Technique antérieure
[0003] 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.
Résumé de l'invention
[0004] Il existe un besoin d'améliorer les filtres optiques angulaires connus.
[0005] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des filtres optiques angulaires connus.
[0006] 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, le rapport entre les indices de réfraction des premier et deuxième matériaux dépendant de la longueur d'onde.
[0007] 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.
[0008] Selon un mode de réalisation, le rapport entre les indices de réfraction des matériaux s'inverse pour une longueur d'onde donnée.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] Selon un mode de réalisation, la différence d'indice de réfraction entre les deux matériaux est comprise entre 0,001 et 0,5.
[0012] Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du premier matériau est, en fonction de la longueur d'onde, compris entre 1,55 et 1, 65 et vaut, à une longueur d'onde inférieure à ladite longueur d'onde donnée, de l'ordre de 1,57, de préférence 1,57.
[0013] Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du deuxième matériau est, à une longueur d'onde inférieure à ladite longueur d'onde donnée, compris entre 1,45 et 1, 6.
[0014] Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du deuxième matériau est compris entre 1,52 et 1,57 et vaut, à une longueur d'onde inférieure à ladite longueur d'onde donnée, de l'ordre de 1,55, de préférence 1,55. [0015] Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du deuxième matériau est compris entre 1,45 et 1,5 et vaut, à une longueur d'onde inférieure à ladite longueur d'onde donnée, de l'ordre de 1,49, de préférence 1,49.
[0016] Selon un mode de réalisation, l'épaisseur du filtre est choisie en fonction de la sélectivité souhaitée pour le filtre angulaire.
[0017] Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième matériaux sont des résines organiques.
[0018] Selon un mode de réalisation, le filtre angulaire comporte en outre un réseau de microlentilles.
[0019] Un mode de réalisation prévoit un dispositif d'acquisition d'images comportant un filtre angulaire.
Brève description des dessins
[0020] 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 :
[0021] la figure 1 représente, par un schéma bloc, partiel et schématique, un mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images ;
[0022] la figure 2 représente, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images comprenant un filtre angulaire ;
[0023] la figure 3 illustre par une vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire ;
[0024] la figure 4 illustre par une autre vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire ; [0025] la figure 5 illustre par encore une autre vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire ;
[0026] la figure 6 représente des exemples de transmittance de filtres angulaire ; et
[0027] la figure 7 illustre le fonctionnement d'un mode de réalisation préféré de filtre angulaire.
Description des modes de réalisation
[0028] 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.
[0029] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés.
[0030] 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.
[0031] 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.
[0032] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0033] 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 pm et inférieure à 1 mm.
[0034] 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.
[0035] 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-inf rarouge dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1,7 pm, plus préférentiellement entre 850 nm et 940 nm .
[0036] La figure 1 illustre, par un schéma bloc, partiel et schématique, un mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images 11.
[0037] Le système d'acquisition d'images 11, illustré en figure 1, comprend : un dispositif d'acquisition d'images 13 (DEVICE) ; et une unité de traitement 15 (PU) .
[0038] L'unité de traitement 15 comprend, de préférence, des moyens de traitement des signaux fournis par le dispositif 11, non représentés en figure 1. L'unité de traitement 15 comprend, par exemple, un microprocesseur. [0039] 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.
[0040] La figure 2 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 .
[0041] Le dispositif d'acquisition d'images 19 représenté en figure 2 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.
[0042] 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.
[0043] 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.
[0044] 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.
[0045] 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.
[0046] 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 .
[0047] 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) .
[0048] 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.
[0049] 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.
[0050] 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) .
[0051] 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.
[0052] 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.
[0053] Dans l'exemple de la figure 2, 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.
[0054] Selon un autre mode de réalisation, les piliers et murs ont des sections régulières dans l'épaisseur (dimension Z) du filtre 23.
[0055] 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.
[0056] 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.
[0057] 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) .
[0058] De préférence, le filtre angulaire comporte en outre un réseau 27 de microlentilles 29 de taille micrométrique, par exemple plan-convexe.
[0059] 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.
[0060] 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-inf rarouge . Ce polymère peut notamment être du poly ( téréphtalate d'éthylène) PET, poly (métacrylate de méthyle) PMMA, polymère d' oléf inecyclique (COP) , polyimide (PI) , polycarbonate (PC) . L'épaisseur du substrat 30 peut varier entre 1 pm et 100 pm, de préférence entre 10 pm et 100 pm. Le substrat 30 peut correspondre à un filtre coloré, à un polariseur, à une lame demi-onde ou à une lame quart d'onde.
[0061] 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 pm et 100 pm, de préférence entre 1 pm et 70 pm. Selon un mode de réalisation, toutes les microlentilles 29 sont sensiblement identiques.
[0062] 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.
[0063] Les faces planes des microlentilles 29 font face aux piliers 33.
[0064] 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.
[0065] 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.
[0066] Selon un autre mode de réalisation, l'agencement des microlentilles et, de préférence, les mailles du filtre angulaire, sont de forme générale hexagonale.
[0067] 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.
[0068] Les piliers transparents 33 peuvent tous avoir sensiblement les mêmes dimensions. On appelle "w" la largeur (dans la direction X dans le cas d'une maille carrée) 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 orthogonale est, de préférence, la même que dans la direction X. Dans le cas d'une maille hexagonale, la largeur "w" correspond à la dimension entre les deux côtés opposés les plus éloignés deux à deux. On appelle "p" le pas de répétition des piliers 33, c'est-à-dire la distance, entre des centres de deux piliers 33 successifs.
[0069] Le pas p peut être compris entre 5 pm et 50 pm, par exemple être égal à environ 12 pm ou environ 18 pm. La hauteur h peut être comprise entre 1 pm et 1 mm, de préférence comprise entre 5 pm et 30 pm, encore plus préférentiellement comprise entre 10 pm et 20 pm. La largeur w est, préférentiellement, comprise entre 0,5 pm et 25 pm, par exemple, environ égale à 10 pm et encore plus préférentiellement comprise entre 3 pm et 6 pm, par exemple environ 4 pm.
[0070] 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.
[0071] 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.
[0072] 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.
[0073] 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 . [0074] 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.
[0075] 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.
[0076] 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.
[0077] La figure 3 illustre par une vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire .
[0078] Pour simplifier, seul un pilier 33 est représenté en figure 3. 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.
[0079] La figure 4 illustre par une autre vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire.
[0080] La figure 5 illustre par encore une autre vue en coupe schématique, le fonctionnement d'un mode de réalisation d'un filtre angulaire. [0081] 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.
[0082] Dans l'exemple de la figure 4, on suppose un faisceau de rayons d'incidence relativement faible et, dans l'exemple de la figure 5, un faisceau f d'incidence relativement forte (par rapport à l'incidence faible de la figure 4.
[0083] 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.
[0084] La figure 6 représente des exemples de transmittance de filtres angulaire.
[0085] Deux courbes GEN1 (en pointillés) et GEN2 (en trait plein) de réponse de deux filtres angulaires différents sont illustrées en figure 6. Les courbes représentent la transmittance angulaire (Angular Transmittance) en fonction de l'angle d'incidence (Incidence Angle) .
[0086] 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.
[0087] 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 .
[0088] 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
[0089] 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.
[0090] 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, préférentiellement, 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.
[0091] La figure 7 illustre le fonctionnement d'un mode de réalisation de filtre angulaire selon cet aspect.
[0092] 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 X.
[0093] 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 X0. Cela signifie que le rapport est inférieur (ou supérieur) à 1 pour des longueurs d'onde inférieures à X0, égal à 1 pour une longueur d'onde égale à X0 et supérieur (respectivement inférieur) à 1 pour des longueurs d'onde supérieures à X0. Plus précisément, le rapport de l'indice des murs 35 sur celui des piliers 33 est inférieur à 1 pour des longueurs d'onde inférieur à X0 et supérieur à 1 pour des longueurs d'onde supérieures à X0.
[0094] En d'autres termes, la différence entre les indices de réfraction des premier et deuxième matériaux change de signe à une longueur d'onde X0 donnée lorsque la longueur d'onde croît.
[0095] Dans l'exemple de la figure 7, 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 X0, alors qu'il est supérieur pour des longueurs d'onde supérieures à X0. Par conséquent, pour une longueur d'onde X1 (ou une plage de longueurs d'onde) inférieure à X0, les rayons sont réfléchis à l'intérieur des piliers 33 mais ne sont pas à l'inverse absorbés par les murs 35. A l'inverse pour une longueur d'onde X2 (ou une plage de longueurs d'onde) supérieure à X0, les rayons ne sont pas réfléchis à l'intérieur des piliers 33.
[0096] 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. [0097] En d'autres termes, les matériaux sont choisis de façon à présenter des indices de réfraction inversés à deux longueurs d'onde Xl et X2 différentes.
[0098] Un tel effet permet, par exemple, d'intégrer un filtre infrarouge dans le filtre angulaire. Les rayons infrarouges (longueurs d'onde inférieures à X0) 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 X0.
[0099] 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, à la longueur d'onde Xl, compris entre 1,45 et 1, 6. Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du matériau constitutif des murs 35 est compris entre 1,52 et 1,57 et vaut, à la longueur d'onde Xl, de l'ordre de 1,55, de préférence 1,55. Selon un autre mode de réalisation, l'indice de réfraction du matériau constitutif des murs 35 est compris entre 1,45 et 1,5 et vaut, à la longueur d'onde Xl, 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, à la longueur d'onde Xl, compris entre 1,55 et 1, 65 et vaut, à la longueur d'onde Xl, de l'ordre de 1,57, de préférence de 1,57.
[0100] 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 . [0101] La figure 8 illustre le fonctionnement d'un autre mode de réalisation préféré de filtre angulaire selon cet aspect.
[0102] Cette figure représente, comme la figure 7, 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 résine constitutive des murs 35 en fonction de la longueur d'onde X.
[0103] Par rapport au mode de réalisation de la figure 7, les allures générales de courbes R33' et R35', tout en respectant la condition que le rapport entre les indices respectifs des résines soit fonction de la longueur d'onde et s'inverse pour une longueur d'onde X0, ont des allures générales différentes. En particulier, à partir de la longueur d'onde X0, l'indice de réfraction croît pour les murs 35 alors qu'il décroît pour les piliers 33. Le rapport des indices (piliers/murs ) est supérieur à 1 pour des longueurs d'onde inférieures à X0, égal à 1 pour une longueur d'onde égale à X0 et inférieure à 1 pour des longueurs d'onde supérieures à X0.
[0104] 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.
[0105] 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

REVENDICATIONS 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, le rapport entre les indices de réfraction des premier et deuxième matériaux dépendant de la longueur d'onde. 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 (X0) . 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 (X0) . 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 l'une quelconque des revendications
1 à 5, dans lequel la différence d'indice de réfraction entre les deux matériaux est comprise entre 0,001 et 0,5. Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans leur rattachement à la revendication 2 ou 3, dans lequel l'indice de réfraction du premier matériau est, à une longueur d'onde (Xl) , inférieure à ladite longueur d'onde donnée (X0) , compris entre 1,55 et 1, 65 et vaut, de préférence, de l'ordre de 1,57, de préférence 1,57. Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans leur rattachement à la revendication 2 ou 3, dans lequel l'indice de réfraction du deuxième matériau est, à une longueur d'onde (Xl) , inférieure à ladite longueur d'onde donnée (X0) , compris entre 1,45 et 1, 6. Filtre angulaire selon la revendication 8, dans lequel l'indice de réfraction du deuxième matériau est compris entre 1,52 et 1,57 et vaut, à une longueur d'onde (Xl) , inférieure à ladite longueur d'onde donnée (X0) , de l'ordre de 1,55, de préférence 1,55. . Filtre angulaire selon la revendication 8, dans lequel l'indice de réfraction du deuxième matériau est compris entre 1,45 et 1,5 et vaut, à une longueur d'onde (Xl) , inférieure à ladite longueur d'onde donnée (X0) , de l'ordre de 1,49, de préférence 1,49. . Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, 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 11, dans lequel les premier et deuxième matériaux sont des résines organiques. Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, 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 13.
PCT/EP2021/085408 2020-12-15 2021-12-13 Filtre angulaire optique WO2022128873A1 (fr)

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