WO2022184468A1 - Capteur infrarouge avec obturateur - Google Patents

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WO2022184468A1
WO2022184468A1 PCT/EP2022/054046 EP2022054046W WO2022184468A1 WO 2022184468 A1 WO2022184468 A1 WO 2022184468A1 EP 2022054046 W EP2022054046 W EP 2022054046W WO 2022184468 A1 WO2022184468 A1 WO 2022184468A1
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shutter
sensor according
electrode
active layer
infrared
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PCT/EP2022/054046
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Jean-Yves GOMEZ
Camille DUPOIRON
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Isorg
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    • G01J5/0022—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiation of moving bodies
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    • G08B13/19—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems
    • G08B13/191—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems using pyroelectric sensor means

Definitions

  • the present description relates generally to an infrared sensor and more particularly to an infrared sensor comprising a pyroelectric layer.
  • Infrared sensors are proliferating in various fields thanks to their miniaturization. They can have various applications such as motion detection, image acquisition or temperature measurement
  • Infrared sensors are generally based on the detection of photons at various wavelengths and can be direct or indirect. Infrared sensors are called indirect sensors and are based on the detection of photons in the far infrared. These sensors use the variation of an intrinsic physical property of an active layer, such as resistivity, thermal conductivity, thermal polarization or thermal expansion, when detecting photons in the far infrared. These sensors include an infrared photon absorber layer used to capture the photons and transmit a heat flux to the active layer. Other infrared sensors are said to be direct and are based on the detection of photons in the near infrared or in the far infrared.
  • pyroelectricity of a material corresponds to its capacity to vary its polarization thanks to the detection of a change in temperature. More particularly, pyroelectric materials have a variable polarization which depends on the quantity of photons, coming from their surroundings, in the far infrared.
  • a pyroelectric sensor generally comprises a so-called active layer having a pyroelectric property and two electrodes located on either side of the pyroelectric layer, making it possible to translate the difference in potential and quantify the change in temperature.
  • Indirect infrared sensors are generally activated by the detection of a variation in the temperature received locally, which enables them to detect a moving hot body.
  • hot body we mean an entity emitting far infrared radiation.
  • Current indirect infrared sensors are however not suitable for detecting a stationary hot body such as, for example, a human being sleeping, because the variation in the temperature perceived locally is low or even zero.
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known indirect infrared sensors.
  • One embodiment provides a sensor comprising an infrared detector surmounted by a shutter.
  • the shutter comprises a liquid crystal matrix.
  • the shutter comprises two electrodes, located on either side of said liquid crystal matrix.
  • the two electrodes are in planes parallel to the planes of the matrix and of the infrared detector.
  • the shutter further comprises at least one polarizer.
  • the shutter is a mechanical shutter.
  • the infrared detector comprises a pyroelectrically active layer.
  • the active layer is polyvinylidene fluoride.
  • the active layer is a copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene, a copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene chloride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene or a mixture of at least two of these copolymers.
  • the active layer is made of a terpolymer of vinylidene fluoride and of trifluoroethylene and of chlorofluoroethylene.
  • the active layer is:
  • the infrared detector comprises a first electrode and a second electrode located on either side of said active layer, in planes parallel to the planes of the active layer and of the shutter.
  • the active layer is pixelated
  • At least one of the first and second electrodes of the infrared detector is pixelated.
  • the infrared detector is associated with an infrared absorber, in a plane parallel to the active layer.
  • the infrared absorber is made of:
  • the senor successively comprises:
  • the senor successively comprises:
  • the infrared absorber and the active layer of the infrared detector are separate.
  • the infrared absorber and the active layer are one and the same element.
  • the infrared absorber and the second electrode are one and the same element.
  • Figure 1 shows, by a block diagram, partial and schematic, an example of an acquisition system
  • Figure 2 shows an exploded perspective view, partial and schematic, of an embodiment of an infrared sensor
  • Figure 3 shows a sectional view, partial and schematic, an embodiment of a sensor as described in relation to Figure 2;
  • Figure 4 shows by a sectional view, partial and schematic, another embodiment of a sensor as described in relation to Figure 2;
  • FIG. 5 shows, in a sectional, partial and schematic view, yet another embodiment of a sensor as described in relation to FIG. 2;
  • Figure 6 shows by a sectional view, partial and schematic, yet another embodiment of a sensor as described in relation to Figure 2.
  • the transmittance of a layer corresponds to the ratio between the intensity of the radiation leaving the layer and the intensity of the radiation entering the layer.
  • 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%.
  • 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%.
  • infrared radiation is called electromagnetic radiation whose the wavelength is between 700 nm and 1 mm.
  • near infrared radiation whose wavelength is between 700 nm and 1.7 pm
  • far infrared also called thermal, whose wavelength is between 1.7 pm and 1 mm.
  • Figure 1 shows, by a partial and schematic block diagram, an example of an acquisition system 11.
  • the acquisition system illustrated in FIG. 1, comprises: an infrared sensor 13 (DEVICE); and a processing unit 15 (PU).
  • DEVICE infrared sensor 13
  • PU processing unit 15
  • the processing unit 15 preferably comprises means for processing the signals supplied by the sensor 13, not shown in FIG. 1.
  • the processing unit 15 comprises, for example, a microprocessor.
  • the sensor 13 and the processing unit 15 are preferably connected by a link 17.
  • the sensor 13 and the processing unit 15 are, for example, integrated in the same circuit.
  • the acquisition system 11 comprises a battery allowing the electrical supply of the sensor 13 and the processing unit 15.
  • Figure 2 shows an exploded perspective view, partial and schematic, of an embodiment of an infrared sensor 21, for example, integrated into an acquisition system as described in relation to Figure 1.
  • this description proposes to overcome an infrared detector with a shutter, that is to say it proposes to associate, with a detector infrared, a shutter on the incident path of the received photons.
  • This shutter is used to periodically interrupt the absorption of photons and thus allow the sensor to be reset.
  • the sensor 21 comprises from bottom to top, in the orientation of Figure 2:
  • the infrared detector 25 is carried by a substrate 23 semiconductor.
  • the detector 25 is associated with a matrix of read circuits 29 carrying out the measurement of the signals picked up by the detector 25.
  • the matrix of read circuits 29 is preferably located on and/or in the substrate 23.
  • reading circuit means a set of transistors for reading, addressing and controlling detector 25.
  • shutter 27 is located on and in contact with detector 25. Preferably, shutter 27 completely covers detector 25.
  • the shutter 27 thus makes it possible to alternate (not necessarily periodically) between periods when it allows the radiation to pass and others when it blocks it.
  • the shutter 27 comprises a liquid crystal matrix.
  • the shutter 27 is a mechanical shutter capable of being sometimes open sometimes closed.
  • the shutter 27 is an electro-chromic layer. According to another embodiment, the shutter 27 is a diaphragm or iris shutter.
  • the detector 25 can be broad-spectrum, that is to say it is suitable for capturing photons over the entire infrared spectrum.
  • the detector can, as a variant, be adapted to capture the photons only over part of the infrared spectrum.
  • Figure 3 shows by a sectional view, partial and schematic, an embodiment of a sensor as described in relation to Figure 2.
  • the sensor described in relation to FIG. 3 comprises an infrared detector 25 surmounted by a shutter 27 comprising a liquid crystal matrix 309 (LC LAYER).
  • LC LAYER liquid crystal matrix
  • the infrared detector 25 comprises:
  • PVDF LAYER an active layer 303
  • IR ABSORBER far infrared radiation absorber 307
  • the first electrode 301 is connected to components or conductors carried by the substrate (23, FIG. 2) or made therein.
  • the active layer 303 is located on and in contact with the electrode 301.
  • the second electrode 305 is located on the active layer 303.
  • the second electrode 305 is, for example, connected to components or conductors carried by the substrate (23, FIG. 2) or made in that - this.
  • the infrared absorber 307 is, for example, located on and in contact with the electrode 305 or between the electrode 305 and the active layer 303.
  • the electrode 301, the active layer 303, the electrode 305 and the infrared absorber 307 are all full plate, that is to say they have substantially the same surface.
  • the infrared detector 25 as shown in Figure 3 is adapted to capture the infrared radiation emitted by a hot body directly and indirectly. Indeed, on the one hand, the infrared detector 25 is adapted to capture, directly by the active layer 303, the near and/or far infrared radiation emitted by a hot body directly. On the other hand, the infrared detector 25 is suitable for capturing the far infrared radiation emitted from a hot body indirectly, that is to say it is capable of capturing the far infrared radiation via the infrared absorber 307, which heats up more or less depending on the amount of far infrared radiation received. The temperature differences are then perceived by the active layer 303 located close to the infrared absorber 307.
  • the electrodes 301, 305 can have a monolayer or multilayer structure.
  • the electrodes 301, 305 are, for example, made of a conductive material and, for example, transparent.
  • the electrodes 301, 305 are, for example, made of conductive and transparent oxide or TCO (Transparent Conductive Oxide), carbon nanotubes, graphene, a conductive polymer, a metallic material or a mixture or an alloy of at least two of these compounds.
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • Examples of conductive and transparent oxides suitable for making each electrode 301, 305 are indium-tin oxide (ITO, Indium Tin Oxide), zinc oxide (ZnO), aluminum oxide - zinc (AZO, Aluminum Zinc Oxide), gallium-zinc oxide (GZO, Gallium Zinc Oxide), titanium nitride (TiN), molybdenum trioxide (M0O 3) , tungsten oxide (WO 3) and tin dioxide (Sn0 2)
  • Examples of conductive polymers suitable for making each electrode 301, 305 are the polymer known under the name PDOT:PSS, which is a mixture of poly(3,4)-ethylenedioxythiophene and sodium polystyrene sulfonate and polyaniline, also called PAni.
  • each electrode 301, 305 examples include silver (such as silver nanowires), aluminum, gold, copper, nickel, titanium, graphene, platinum ( Pt), and chromium.
  • An example of a multilayer structure adapted to the production of each electrode 301, 305 is a multilayer structure of AZO and silver of the AZO/Ag/AZO type.
  • the thickness of each electrode 301, 305 can be between 1 nm and 5 ⁇ m, for example between 30 nm and 80 nm. In the case where the electrode 301, 305 is metallic, the thickness of the electrode 301, 305 is between 1 nm and 1 ⁇ m, preferably between 10 nm and 100 nm.
  • the electrode 305 is at least partially transparent to the light radiation that the layer 305 perceives, that is to say it is transparent in at least some of the wavelengths considered.
  • the infrared absorber 307 covers the electrode 305.
  • the electrode 305 is thus, preferably, thermally conductive and capable of conveying heat, as far as the active layer 303.
  • the active layer 303 comprises a pyroelectric material.
  • the active layer 303 can comprise small molecules, oligomers or polymers.
  • the active layer 303 is preferably made of an organic and/or inorganic material.
  • the active layer 303 is made of polyvinylidene fluoride (PVDF) and/or at least one of its copolymers or terpolymers.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the copolymer or terpolymer is preferably a copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene (P(VDF-TrFE)), a copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene chloride (P(VDF-CTrFE)), a copolymer of fluoride of vinylidene and hexafluoropropylene (P(VDF-HFP)) or a terpolymer of vinylidene fluoride, trifluoroethylene and chlorofluoroethylene (P(VDF-TrFE-CFE)).
  • the active layer 303 is polyvinyl fluoride (PVF), polyvinyl chloride
  • PVM barium titanate
  • PZT lead zirconate titanate
  • LT lithium tantalate
  • TGS triglycine sulfate
  • PbTi03 vinylidene fluoride trifluoroethylene (VF2VF3), or a mixture of at least two of these compounds.
  • the thickness of active layer 303 is, for example, between 100 nm and 10 ⁇ m, preferably between 500 nm and 5 ⁇ m. More preferentially, the active layer 303 has a thickness comprised between 500 nm and 2 ⁇ m.
  • the infrared absorber 307 is preferably transparent to the radiation received by the active layer 303.
  • the infrared absorber 307 is, for example, made of silicon dioxide (S1O2), silicon dioxide doped with antimony (Sb-SiN0 2) , tin dioxide (Sn0 2) , tin dioxide doped with antimony (Sb-Sn0 2) , gold, PDOT:PSS, in graphite or in a mixture of at least two of these components.
  • the shutter 27 makes it possible to alternate (not necessarily periodically) between periods when it lets infrared radiation through and others when it blocks it.
  • the shutter 27 comprises:
  • TFT BACKPLANE TFT BACKPLANE
  • the electrode 311T is located on the upper face of the matrix 309 and the electrode 311B, called the low electrode, is located under the lower face of the matrix 309.
  • the layer 313 of thin film transistors makes it possible to monitor and control the current and/or the electric voltage which crosses the electrodes 311T, 311B.
  • Layer 313 is preferably located under and in contact with the underside of bottom electrode 311B.
  • the polarizers 315T and 315B are located on either side of the structure defined by the electrodes 311T, 311B, the matrix 309 and the layer 313.
  • One of the polarizers 315T called the top polarizer or analyzer, is located on and in contact with the upper face of the high electrode 311T.
  • the other 315B of the polarizers called the bottom polarizer, is located under and in contact with the lower face of the layer 313.
  • the alignment layers 317B and 317T are respectively located between the matrix 309 and the bottom electrode 311B and between the matrix 309 and the top electrode 311T.
  • the matrix 309 is composed of nematic liquid crystals which can be arranged, preferably, in a helix.
  • the liquid crystals constituting the matrix 309 have, for example, the property of arranging themselves parallel to an electric field which crosses the matrix 309.
  • the liquid crystals of the matrix 309 can be N-(4-methoxybenzylidene)-4-butylaniline (MBBA), be derived from cholesterol or be derivatives of cyanobiphenyls or cyanophenylcyclohexanes and more generally any material suitable for forming of liquid crystals.
  • the matrix 309 of liquid crystals has, for example, a thickness comprised between 2 ⁇ m and 30 ⁇ m, preferably between 5 ⁇ m and 20 ⁇ m.
  • the electrodes 311T and 311B are, for example, made from materials chosen from the list of materials for the electrodes 301, 305.
  • the electrodes 311T and 311B are, for example, made from materials chosen from the list of materials for the electrodes 301, 305.
  • the electrodes 311T and 311B are, for example, made from materials chosen from the list of materials for the electrodes 301, 305.
  • the electrodes 311T and 311B are, for example, made from materials chosen from the list of materials for the electrodes 301, 305.
  • the electrodes 311T and 311B preferably each have a sufficiently small thickness to be transparent.
  • the electrodes 311T and 311B each have, for example, a thickness comprised between 5 nm and 500 nm, preferably between 50 nm and 200 nm.
  • the electrodes 311T and 311B can, for example, be put at different potentials in order to produce an electric field through the matrix 309.
  • the two polarizers 315T and 315B are crossed linear polarizers, that is to say they respectively have a polarization in a first direction, for example horizontal, and in a second direction, preferably orthogonal to the first. direction, for example vertical.
  • the vertical and horizontal directions both correspond to directions located in a plane perpendicular to the upper face of the 315T layer.
  • the vertical direction corresponds to the direction parallel to the cutting plane of FIG. 3
  • the horizontal direction corresponds to the direction perpendicular to the cutting plane of FIG. 3 or vice versa
  • the top polarizer 315T polarizes, according to the embodiment illustrated in FIG. 3, according to the second direction and the bottom polarizer 315B polarizes according to the first direction.
  • the purpose of the layers 317B and 317T is to initiate the alignment of the liquid crystal molecules.
  • layer 317B makes it possible to orient the liquid crystal molecules of matrix 309 located in its vicinity in a first direction
  • layer 317T makes it possible to orient the liquid crystal molecules of matrix 309 located in its vicinity. vicinity in a second direction different from the first direction, preferably perpendicular to the first direction.
  • the layers 317B and 317T are, according to one embodiment, made of organic polymer, for example based on polyimide (PI) or polydimethylsiloxane (PDMS) in which grooves have been created. We then speak of rubbed polymer. The molecules present in the matrix 309 will then tend to line up in the direction of the grooves. Layers 317B and 317T each have, for example, a thickness of between 100 nm and 30 ⁇ m, preferably between 500 nm and 25 ⁇ m. The grooves formed in layer 317T are then parallel to polarizer 315T and the grooves formed in layer 317B are then parallel to polarizer 315B.
  • PI polyimide
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • Layers 317B and 317T are, according to a preferred embodiment, made from non-organic materials such as silica.
  • layers 317B and 317T are made based on silicon oxides SiO x , for example silicon dioxide S1O2. The material of the layers
  • 317B and 317T is, for example, deposited respectively on the upper face of the lower electrode 311B and the lower face of the upper electrode 311T by spraying under empty.
  • the layers 317B and 317T each have, for example, a nanometric thickness, that is to say a thickness comprised between 5 nm and 100 nm, preferably comprised between 10 nm and 50 nm.
  • the layers 317B and 317T are made from organic materials, the alignment of the molecules of which is photo-induced, that is to say the organic layers are photo-aligned using polarized UV light.
  • the organic layers are produced by molding.
  • the liquid crystal molecules form between layer 317B and layer 317T a helix having an angle of rotation of 90°.
  • the liquid crystal molecules located in the vicinity of layer 317T are oriented in the second direction and the liquid crystal molecules located in the vicinity of layer 317B are oriented in the first direction.
  • Radiation from a hot body passes through the 315T polarizer and becomes polarized.
  • the radiation passes through the layer of liquid crystals 309 and sees its polarization changed by 90°.
  • the radiation has a polarization aligned with the polarizer 315B. The radiation therefore passes through the shutter 27.
  • the liquid crystals tend to orient themselves, throughout the thickness of the matrix 309, parallel to the electric field created between the two electrodes 311T and 311B.
  • a non-polarized radiation therefore passes through the high polarizer 315T and the matrix 309 but is blocked by the low polarizer 315B. The radiation therefore does not pass through the shutter 27.
  • the sensor described in relation to FIG. 3 is pixelated at the level of at least one of the electrodes 311T, 311B of the shutter 27.
  • the senor described in relation to FIG. 3 is pixelated at the level of at least one of the electrodes 301, 305 of the detector 25.
  • the senor described in relation to FIG. 3 is pixelated at the level of the active layer 303 of the detector 25.
  • the layer 313 of the shutter 27 is optional.
  • the embodiment illustrated in FIG. 3 thus makes it possible to alternate between periods during which the detector can detect radiation and others during which no infrared radiation reaches the detector. Periods during which no infrared radiation reaches the detector allow the detector to be reset. Such a reinitialization makes it possible to create a gradient in the number of photons detected and to exploit this gradient so as to detect a stationary hot body.
  • the process for forming at least certain layers of the sensor illustrated in FIG. 3 may correspond to a so-called additive process, for example by direct printing of the material making up the organic layers at the desired locations, in particular in the form of sol-gel, for example by inkjet printing, heliography, screen printing, flexography, spray coating (spray coating) or deposition of drops (drop-casting).
  • the process for forming at least certain layers of the sensor illustrated in FIG. 3 may correspond to a so-called subtractive process, in which the material making up the organic layers is deposited over the entire structure and in which the unused portions are then removed, for example by photolithography or laser ablation.
  • the deposition on the entire structure can be carried out for example by liquid means, by sputtering or by evaporation. These may include processes such as spin coating, spray coating, heliography, slot-die coating, blade coating, flexography, screen printing or jet ink (in English inkjet).
  • the layers are metallic, the metal is, for example, deposited by evaporation or by sputtering on the entire support and the metallic layers are delimited by etching.
  • the layers of the sensor illustrated in FIG. 3 can be produced by printing techniques.
  • the materials of these layers described previously can be deposited in liquid form, for example in the form of conductive and semi-conductive inks using ink jet printers.
  • Materials in liquid form here also means gel materials that can be deposited by printing techniques.
  • Annealing steps are optionally provided between the deposits of the different layers. The annealing temperatures are then, for example, below about 150°C. The deposition and any annealings are, for example, carried out at atmospheric pressure.
  • Figure 4 shows by a sectional view, partial and schematic, another embodiment of a sensor as described in relation to Figure 2. This embodiment differs from the embodiment illustrated in FIG. 3 in that the shutter 27 does not include a 315T polarizer.
  • the matrix 309 of liquid crystals is a nematic matrix, the molecules of liquid crystals forming, at rest, between the upper face and the lower face of the matrix 309, a helix having an angle of rotation of 90° .
  • One effect of this helix is to act, at rest, as a vertical polarizer.
  • the liquid crystals When a voltage is applied between the electrodes 311T and 311B, the liquid crystals tend to orient themselves, throughout the thickness of the matrix 309, parallel to the electric field created between the two electrodes 311T and 311B. According to the embodiment illustrated in FIG. 4, the liquid crystals tend to orient themselves horizontally, that is to say along the second direction. A non-polarized radiation therefore passes through the matrix 309 while being horizontally polarized but is blocked by the polarizer 315B which only allows the vertically polarized radiation to pass. The radiation therefore does not pass through the shutter 27. It is thus possible to dispense with the polarizer 315T.
  • This embodiment illustrates the case of a sensor in which the shutter 27 includes a 315B polarizer but does not include a 315T polarizer. However, it can be transposed, by changing the nature of the matrix 309, to a sensor in which the shutter 27 includes a polarizer 315T but does not include a polarizer 315B.
  • the shutter 27 illustrated in Figure 4 does not include any of the two polarizers 315T, 315B.
  • a sensor equipped with such a shutter 27 can only detect hot bodies in motion.
  • Figure 5 shows by a sectional view, partial and schematic, yet another embodiment of a sensor as described in relation to Figure 2.
  • This embodiment differs from the embodiment illustrated in FIG. 3 in that the infrared absorber and the second electrode form a single element, designated here 501.
  • This element having the property of infrared absorber and electrode is a mixture of the electrode 305 and the absorber 307 illustrated in FIG. 3.
  • the element 501 can in particular be based on SnC>2 or on PDOT:PSS
  • Figure 6 shows by a sectional view, partial and schematic, yet another embodiment of a sensor as described in relation to Figure 2.
  • the present embodiment differs from the embodiment illustrated in FIG. 3 in that the infrared absorber and the active layer form a single element, designated here 601.
  • This element having the property of infrared absorber and of pyroelectrically active layer is a mixture of the electrode 305 and the active layer 303 illustrated in FIG. 3.
  • the element 601 can in particular be made of a composite of PVDF and of Sn02 nanoparticles.
  • the material of electrode 305 is adapted to allow infrared radiation to pass.

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Abstract

La présente description concerne un capteur comprenant un détecteur infrarouge (25) surmonté d'un obturateur (27).

Description

DESCRIPTION
CAPTEUR INFRAROUGE AVEC OBTURATEUR
La présente demande revendique la priorité de la demande de brevet français 21/02158, déposée le 5 mars 2021, 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 de façon générale un capteur infrarouge et plus particulièrement un capteur infrarouge comprenant une couche pyroélectrique.
Technique antérieure
[0002] Les capteurs infrarouges se multiplient dans des domaines variés grâce à leur miniaturisation. Ils peuvent avoir des applications diverses comme la détection de mouvements, l'acquisition d'images ou la mesure de température
[0003] Les capteurs infrarouges sont généralement basés sur la détections de photons à des longueurs d'ondes diverses et peuvent être directs ou indirects. Des capteurs infrarouges sont dits capteurs indirects et sont basés sur la détection de photons dans l'infrarouge lointain. Ces capteurs utilisent la variation d'une propriété physique intrinsèque d'une couche active, comme la résistivité, la conductivité thermique, la polarisation thermique ou l'expansion thermique, lors de la détection de photons dans l'infrarouge lointain. Ces capteurs comprennent une couche absorbeuse de photons infrarouges utilisée pour capter les photons et transmettre à la couche active un flux de chaleur. D'autres capteurs infrarouges sont dits directs et sont basés sur la détection de photons dans le proche infrarouge ou dans l'infrarouge lointain.
[0004] Pour des applications particulières telles que de la détection d'individus ou d'animaux, les capteurs infrarouges indirects, basés sur la technologie pyroélectrique, sont très développés. La pyroélectricité d'un matériau correspond à sa capacité à faire varier sa polarisation grâce à la détection d'un changement de température. Plus particulièrement, les matériaux pyroélectriques ont une polarisation variable qui dépend de la quantité de photons, issus de leurs environnements, dans l'infrarouge lointain.
[0005] La variation de la polarisation d'un matériau pyroélectrique génère, au sein de ce matériau, une différence de potentiel temporaire. Un capteur pyroélectrique comporte généralement une couche dite couche active ayant une propriété pyroélectrique et deux électrodes situées de part et d'autre de la couche pyroélectrique, permettant de traduire la différence de potentiel et quantifier le changement de température.
[0006] Les capteurs infrarouges indirects sont généralement activés par la détection d'une variation de la température reçue localement ce qui leur permet une détection d'un corps chaud en mouvement. Par corps chaud, on entend une entité émettant des rayonnements d'infrarouges lointains. Les capteurs infrarouges indirects actuels ne sont toutefois pas adaptés à détecter un corps chaud immobile comme, par exemple, un être humain en train de dormir, car la variation de la température perçue localement est faible voire nulle.
Résumé de l'invention
[0007] Il existe un besoin d'amélioration des capteurs infrarouges et plus particulièrement des capteurs infrarouges indirects .
[0008] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des capteurs infrarouges indirects connus.
[0009] Un mode de réalisation prévoit un capteur comprenant un détecteur infrarouge surmonté d'un obturateur. [0010] Selon un mode de réalisation, l'obturateur comporte une matrice à cristaux liquides.
[0011] Selon un mode de réalisation, l'obturateur comporte deux électrodes, situées de part et d'autre de ladite matrice à cristaux liquides.
[0012] Selon un mode de réalisation, les deux électrodes sont dans des plans parallèles aux plans de la matrice et du détecteur infrarouge.
[0013] Selon un mode de réalisation, l'obturateur comporte, en outre, au moins un polariseur.
[0014] Selon un mode de réalisation, l'obturateur est un obturateur mécanique.
[0015] Selon un mode de réalisation, le détecteur infrarouge comprend une couche pyroélectriquement active.
[0016] Selon un mode de réalisation, la couche active est en polyfluorure de vinylidène.
[0017] Selon un mode de réalisation, la couche active est en un copolymère de fluorure de vinylidène et de trifluoroéthylène, en un copolymère de fluorure de vinylidène et de chlorure de trifluoroéthylène, en un copolymère de fluorure de vinylidène et de hexafluoropropylène ou en un mélange d'au moins deux de ces copolymères.
[0018] Selon un mode de réalisation, la couche active est en un terpolymère de fluorure de vinylidène et de trifluoroéthylène et de chlorofluoroéthylène.
[0019] Selon un mode de réalisation, la couche active est en :
- polyfluorure de vinyle ;
- polychlorure de vinyle ;
- titanate de baryum ;
- titano-zirconate de plomb ; - tantalate de lithium ;
- sulfate de triglycine ;
- titanate de plomb ;
- fluorure de vinylidène trifluoroéthylène ; ou
- un mélange d'au moins deux de ces composés.
[0020] Selon un mode de réalisation, le détecteur infrarouge comprend une première électrode et une deuxième électrode situées de part et d'autre de ladite couche active, dans des plans parallèles aux plans de la couche active et de 1'obturateur .
[0021] Selon un mode de réalisation :
- la couche active est pixélisée ;
- au moins une des électrodes de l'obturateur est pixélisée ; et/ou
- au moins une des première et deuxième électrodes du détecteur infrarouge est pixélisée.
[0022] Selon un mode de réalisation, le détecteur infrarouge est associé à un absorbeur infrarouge, dans un plan parallèle à la couche active.
[0023] Selon un mode de réalisation, 1'absorbeur infrarouge est en :
- dioxyde d'étain dopé en antimoine ;
- dioxyde d'étain ;
- dioxyde de silicium ;
- dioxyde de silicium dopé en antimoine ;
- or ;
- graphite ;
- PDOT:PSS ; ou
- en un mélange d'au moins deux de ces composants.
[0024] Selon un mode de réalisation, le capteur comprend successivement :
- une première électrode du détecteur infrarouge ; - une couche pyroélectriquement active ;
- une deuxième électrode du détecteur infrarouge ;
- un absorbeur infrarouge ;
- un premier polariseur ;
- une couche de transistors en couches minces ;
- une première électrode de l'obturateur ;
- une première couche d'alignement ;
- une matrice à cristaux liquides ;
- une deuxième couche d'alignement ;
- une deuxième électrode de l'obturateur ; et
- un deuxième polariseur.
[0025] Selon un mode de réalisation, le capteur comprend successivement :
- une première électrode du détecteur infrarouge ;
- une couche pyroélectriquement active ;
- une deuxième électrode du détecteur infrarouge ;
- un absorbeur infrarouge ;
- une couche de transistors en couches minces ;
- une première électrode de l'obturateur ;
- une première couche d'alignement ;
- une matrice à cristaux liquides ;
- une deuxième couche d'alignement ; et
- une deuxième électrode de l'obturateur.
[0026] Selon un mode de réalisation, 1'absorbeur infrarouge et la couche active du détecteur infrarouge sont distincts.
[0027] Selon un mode de réalisation, 1'absorbeur infrarouge et la couche active sont un seul et même élément.
[0028] Selon un mode de réalisation, 1'absorbeur infrarouge et la deuxième électrode sont un seul et même élément.
Brève description des dessins
[0029] 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 :
[0030] la figure 1 représente, par un schéma blocs, partiel et schématique, un exemple de système d'acquisition ;
[0031] la figure 2 représente une vue en perspective éclatée, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un capteur infrarouge ;
[0032] la figure 3 représente par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un capteur tel que décrit en relation avec la figure 2 ;
[0033] la figure 4 représente par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un capteur tel que décrit en relation avec la figure 2 ;
[0034] la figure 5 représente par une vue en coupe, partielle et schématique, encore un autre mode de réalisation d'un capteur tel que décrit en relation avec la figure 2 ; et
[0035] la figure 6 représente par une vue en coupe, partielle et schématique, encore un autre mode de réalisation d'un capteur tel que décrit en relation avec la figure 2.
Description des modes de réalisation
[0036] 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.
[0037] 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, l'unité de traitement des données issues des détecteurs n'a pas été détaillée. Les modes de réalisations sont compatibles avec les unités de traitement usuelles.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0041] La transmittance d'une couche correspond au rapport entre l'intensité du rayonnement sortant de la couche et l'intensité du rayonnement entrant dans la couche. Dans la suite de la description, 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 %.
[0042] Dans la suite de la description, on appelle rayonnement infrarouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1 mm. Dans le rayonnement infrarouge, on distingue notamment le rayonnement infrarouge proche dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1,7 pm et l'infrarouge lointain, dit également thermique, dont la longueur d'onde est comprise entre 1,7 pm et 1 mm.
[0043] La figure 1 représente, par un schéma blocs, partiel et schématique, un exemple de système d'acquisition 11.
[0044] Le système d'acquisition, illustré en figure 1, comprend : un capteur infrarouge 13 (DEVICE) ; et une unité de traitement 15 (PU).
[0045] L'unité de traitement 15 comprend, de préférence, des moyens de traitement des signaux fournis par le capteur 13, non représentés en figure 1. L'unité de traitement 15 comprend, par exemple, un microprocesseur.
[0046] Le capteur 13 et l'unité de traitement 15 sont, de préférence, reliés par une liaison 17. Le capteur 13 et l'unité de traitement 15 sont, par exemple, intégrés dans un même circuit.
[0047] Selon un mode de réalisation, non représenté, le système d'acquisition 11 comprend une batterie permettant l'alimentation électrique du capteur 13 et de l'unité de traitement 15.
[0048] La figure 2 représente une vue en perspective éclatée, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un capteur infrarouge 21, par exemple, intégré dans un système d'acquisition tel que décrit en relation avec la figure 1.
[0049] Afin de permettre aux systèmes d'acquisition la détection de corps chauds immobiles, la présente description propose de surmonter un détecteur infrarouge d'un obturateur, c'est-à-dire qu'elle propose d'associer, à un détecteur infrarouge, un obturateur sur le trajet incident des photons reçus. Cet obturateur est utilisé pour interrompre l'absorption de photons de manière périodique et permettre ainsi de réinitialiser le capteur. Une telle réinitialisation permet, grâce aux mesures successives, de créer un gradient dans le nombre de photons détectés et d'exploiter ce gradient de façon à percevoir un corps chaud immobile.
[0050] Le capteur 21 comprend de bas en haut, dans l'orientation de la figure 2 :
- un détecteur infrarouge 25 ; et
- un obturateur 27.
[0051] De préférence, le détecteur infrarouge 25 est porté par un substrat 23 semi-conducteur.
[0052] Le détecteur 25 est associé à une matrice de circuits de lecture 29 réalisant la mesure des signaux captés par le détecteur 25. La matrice de circuits de lecture 29 est, de préférence, située sur et/ou dans le substrat 23. Par circuit de lecture, on entend un ensemble de transistors de lecture, d'adressage et de commande du détecteur 25.
[0053] A titre d'exemple, l'obturateur 27 est situé sur et en contact avec le détecteur 25. De préférence, l'obturateur 27 recouvre entièrement le détecteur 25.
[0054] L'obturateur 27 permet ainsi d'alterner (non nécessairement périodiquement) entre des périodes où il laisse passer le rayonnement et d'autres où il le bloque.
[0055] Selon un mode de réalisation, l'obturateur 27 comporte une matrice à cristaux liquides.
[0056] Selon un autre mode de réalisation, l'obturateur 27 est un obturateur mécanique capable d'être tantôt ouvert tantôt fermé.
[0057] Selon un autre mode de réalisation, l'obturateur 27 est une couche électro-chromique. [0058] Selon un autre mode de réalisation, l'obturateur 27 est un obturateur diaphragme ou à iris.
[0059] En fonction de sa construction et sa composition, le détecteur 25 peut être à large spectre, c'est-à-dire qu'il est adapté à capter des photons sur l'ensemble du spectre infrarouge. Le détecteur peut, en variante, être adapté à ne capter les photons que sur une partie du spectre infrarouge.
[0060] La figure 3 représente par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un capteur tel que décrit en relation avec la figure 2.
[0061] Le capteur décrit en relation avec la figure 3 comporte un détecteur infrarouge 25 surmonté d'un obturateur 27 comprenant une matrice à cristaux liquides 309 (LC LAYER).
[0062] Selon le mode de réalisation illustré en figure 3, le détecteur infrarouge 25 comprend :
- une première électrode 301 (B. ELECTRODE) ;
- une couche active 303 (PVDF LAYER) ;
- une deuxième électrode 305 (T. ELECTRODE) ; et
- un absorbeur de rayonnement infrarouge lointain 307 (IR ABSORBER).
[0063] A titre d'exemple, la première électrode 301 est reliée à des composants ou conducteurs portés par le substrat (23, figure 2) ou réalisés dans celui-ci.
[0064] A titre d'exemple, la couche active 303 est située sur et en contact avec l'électrode 301.
[0065] A titre d'exemple, la deuxième électrode 305 est située sur la couche active 303. La deuxième électrode 305 est, par exemple, reliée à des composants ou conducteurs portés par le substrat (23, figure 2) ou réalisés dans celui- ci. [0066] L'absorbeur infrarouge 307 est, par exemple, situé sur et en contact avec l'électrode 305 ou entre l'électrode 305 et la couche active 303.
[0067] Selon le mode de réalisation illustré en figure 3, l'électrode 301, la couche active 303, l'électrode 305 et l'absorbeur infrarouge 307 sont tous pleine plaque, c'est-à- dire qu'ils ont sensiblement la même surface.
[0068] Le détecteur infrarouge 25 tel qu'illustré en figure 3 est adapté à capter le rayonnement infrarouge émis par un corps chaud de manière directe et de manière indirecte. En effet, d'une part, le détecteur infrarouge 25 est, adapté à capter, directement par la couche active 303, le rayonnement infrarouge proche et/ou lointain émis par un corps chaud de manière directe. D'autre part, le détecteur infrarouge 25 est adapté à capter le rayonnement infrarouge lointain émis d'un corps chaud de manière indirecte, c'est-à-dire qu'il est capable de capter le rayonnement infrarouge lointain par l'intermédiaire de l'absorbeur infrarouge 307, qui s'échauffe plus ou moins selon la quantité de rayonnement infrarouge lointain reçue. Les différences de températures sont alors perçues par la couche active 303 située à proximité de l'absorbeur infrarouge 307.
[0069] Les électrodes 301, 305 peuvent avoir une structure monocouche ou multicouche. Les électrodes 301, 305 sont, par exemple, en un matériau conducteur et, par exemple, transparent. Les électrodes 301, 305 sont, par exemple, en oxyde conducteur et transparent ou TCO (Transparent Conductive Oxide), en nanotubes de carbone, en graphène, en un polymère conducteur, en un matériau métallique ou en un mélange ou en un alliage d'au moins deux de ces composés. Des exemples d'oxydes conducteurs et transparents adaptés à la réalisation de chaque électrode 301, 305 sont l'oxyde d'indium-étain (ITO, Indium Tin Oxide), l'oxyde de zinc (ZnO), l'oxyde d'aluminium- zinc (AZO, Aluminium Zinc Oxide), l'oxyde de gallium-zinc (GZO, Gallium Zinc Oxide), le nitrure de titane (TiN), le trioxyde de molybdène (M0O3), l'oxyde de tungstène (WO3) et le dioxyde d'étain (Sn02) · Des exemples de polymères conducteurs adaptés à la réalisation de chaque électrode 301, 305 sont le polymère connu sous la dénomination PDOT:PSS, qui est un mélange de poly(3,4)-éthylènedioxythiophène et de polystyrène sulfonate de sodium et la polyaniline, également appelé PAni. Des exemples de métaux adaptés à la réalisation de chaque électrode 301, 305 sont l'argent (comme des nanofils d'argent), l'aluminium, l'or, le cuivre, le nickel, le titane, le graphène, le platine (Pt), et le chrome. Un exemple de structure multicouche adaptée à la réalisation de chaque électrode 301, 305 est une structure multicouche d'AZO et d'argent de type AZO/Ag/AZO. L'épaisseur de chaque électrode 301, 305 peut être comprise entre 1 nm et 5 pm, par exemple comprise entre 30 nm et 80 nm. Dans le cas où l'électrode 301, 305 est métallique, l'épaisseur de l'électrode 301, 305 est comprise entre 1 nm et 1 pm, de préférence comprise entre 10 nm et 100 nm.
[0070] Selon un mode de réalisation, l'électrode 305 est au moins partiellement transparente au rayonnement lumineux que la couche 305 perçoit, c'est-à-dire qu'elle est transparente dans au moins une partie des longueurs d'ondes considérées. Selon le mode de réalisation illustré en figure 3, l'absorbeur infrarouge 307 recouvre l'électrode 305. L'électrode 305 est ainsi, de préférence, conductrice thermiquement et capable de véhiculer de la chaleur, jusqu'à la couche active 303.
[0071] La couche active 303 comprend un matériau pyroélectrique. La couche active 303 peut comprendre des petites molécules, des oligomères ou des polymères. La couche active 303 est, de préférence, en un matériau organique et/ou inorganique. [0072] Selon un mode de réalisation, la couche active 303 est en polyfluorure de vinylidène (PVDF) et/ou en au moins un de ses copolymères ou terpolymères. Le copolymère ou terpolymère est de préférence un copolymère de fluorure de vinylidène et de trifluoroéthylène (P(VDF-TrFE)), un copolymère de fluorure de vinylidène et de chlorure de trifluoroéthylène (P(VDF- CTrFE)), un copolymère de fluorure de vinylidène et de hexafluoropropylène (P(VDF-HFP)) ou un terpolymère de fluorure de vinylidène, de trifluoroéthylène et de chlorofluoroéthylène (P(VDF-TrFE-CFE)).
[0073] Selon un mode de réalisation, la couche active 303 est en fluorure de polyvinyle (PVF), en chlorure de polyvinyle
(PVC), en titanate de baryum (BaTi03), en titano-zirconate de plomb (PZT), en tantalate de lithium (LT), en sulfate de triglycine (TGS), en titanate de plomb (PbTi03), en fluorure de vinylidène trifluoroéthylène (VF2VF3), ou en un mélange d'au moins deux de ces composés.
[0074] L'épaisseur de la couche active 303 est, par exemple, comprise entre 100 nm et 10 pm, de préférence comprise entre 500 nm et 5 pm. Plus préférentiellement, la couche active 303 a une épaisseur comprise entre 500 nm et 2 pm.
[0075] Similairement à ce qui a été décrit pour l'électrode 305, 1 'absorbeur infrarouge 307 est, de préférence, transparent aux rayonnements reçus par la couche active 303. L'absorbeur infrarouge 307 est, par exemple, en dioxyde de silicium (S1O2), en dioxyde de silicium dopé avec de l'antimoine (Sb-SiN02), en dioxyde d'étain (Sn02), en dioxyde d'étain dopé en antimoine (Sb-Sn02), en or, en PDOT:PSS, en graphite ou en un mélange d'au moins deux de ces composants.
[0076] Selon le mode de réalisation illustré en figure 3, l'obturateur 27 permet d'alterner (non nécessairement périodiquement) entre des périodes où il laisse passer le rayonnement infrarouge et d'autres où il le bloque.
[0077] Selon le mode de réalisation illustré en figure 3, l'obturateur 27 comprend :
- la matrice à cristaux liquides 309 ;
- deux électrodes 311T (T. ELECTRODE) et 311B (B.
ELECTRODE) ;
- une couche 313 (TFT BACKPLANE) de transistors en couches minces ;
- deux polariseurs 315T (T. POLARIZER) et 315B (B.
POLARIZER) ; et
- deux couches 317B et 317T d'alignement (AL).
[0078] L'électrode 311T, dite électrode haute, est située sur la face supérieure de la matrice 309 et l'électrode 311B, dite électrode basse, est située sous la face inférieure de la matrice 309.
[0079] La couche 313 de transistors en couches minces permet de contrôler et commander le courant et/ou la tension électrique qui traverse les électrodes 311T, 311B. La couche 313 est, de préférence, située sous et en contact avec la face inférieure de l'électrode basse 311B.
[0080] Les polariseurs 315T et 315B sont situés de part et d'autre de la structure définie par les électrodes 311T, 311B, la matrice 309 et la couche 313. L'un 315T des polariseurs, dit polariseur haut ou analyseur, est situé sur et en contact avec la face supérieure de l'électrode haute 311T. L'autre 315B des polariseurs, dit polariseur bas, est situé sous et en contact avec la face inférieure de la couche 313.
[0081] Les couches d'alignements 317B et 317T sont situées respectivement entre la matrice 309 et l'électrode basse 311B et entre la matrice 309 et l'électrode haute 311T. [0082] La matrice 309 est composée de cristaux liquides nématiques qui peuvent s'arranger, de préférence, en hélice. Les cristaux liquides constituant la matrice 309 ont, par exemple, la propriété de s'arranger parallèlement à un champ électrique qui traverse la matrice 309.
[0083] Les cristaux liquides de la matrice 309 peuvent être du N-(4-méthoxybenzylidène)-4-butylaniline (MBBA), être issus du cholestérol ou être des dérivés des cyanobiphènyles ou des cyanophènylcyclohexanes et plus généralement tout matériau adapté à la formation de cristaux liquides. La matrice 309 de cristaux liquides a, par exemple, une épaisseur comprise entre 2 pm et 30 pm, de préférence entre 5 pm et 20 pm.
[0084] Les électrodes 311T et 311B sont, par exemple, réalisées à base de matériaux choisis parmi la liste de matériaux des électrodes 301, 305. Les électrodes 311T et
311B ont, de préférence, chacune une épaisseur suffisamment faible pour être transparentes. Les électrodes 311T et 311B ont, par exemple, chacune une épaisseur comprise entre 5 nm et 500 nm, de préférence entre 50 nm et 200 nm. Les électrodes 311T et 311B peuvent, par exemple, être mises à des potentiels différents afin de produire un champ électrique à travers la matrice 309.
[0085] Les deux polariseurs 315T et 315B sont des polariseurs linéaires croisés, c'est-à-dire qu'ils ont respectivement une polarisation dans une première direction, par exemple horizontale, et dans une deuxième direction, de préférence orthogonale à la première direction, par exemple verticale. Les directions verticales et horizontales correspondent toutes deux à des directions situées dans un plan perpendiculaire à la face supérieure de la couche 315T. A titre d'exemple, la direction verticale correspond à la direction parallèle au plan de coupe de la figure 3 et la direction horizontale correspond à la direction perpendiculaire au plan de coupe de la figure 3 ou inversement Le polariseur haut 315T polarise, selon le mode de réalisation illustré en figure 3, selon la deuxième direction et le polariseur bas 315B polarise selon la première direction.
[0086] Les couches 317B et 317T ont pour but d'amorcer l'alignement des molécules de cristaux liquides. En d'autres termes, la couche 317B permet d'orienter les molécules de cristaux liquides de la matrice 309 situées dans son voisinage dans une première direction et la couche 317T permet d'orienter les molécules de cristaux liquides de la matrice 309 situées dans son voisinage dans une deuxième direction différente de la première direction, de préférence perpendiculaire à la première direction.
[0087] Les couches 317B et 317T sont, selon un mode de réalisation, en polymère organique, par exemple à base de polyimide (PI) ou de polydiméthylsiloxane (PDMS) dans lequel des sillons ont été créés. On parle alors de polymère frotté. Les molécules présentes dans la matrice 309 auront alors tendance à s'aligner selon la direction des sillons. Les couches 317B et 317T ont, par exemple, chacune une épaisseur comprise entre 100 nm et 30 pm, de préférence comprise entre 500 nm et 25 pm. Les sillons formés dans la couche 317T sont alors parallèles au polariseur 315T et les sillons formés dans la couche 317B sont alors parallèles au polariseur 315B.
[0088] Les couches 317B et 317T sont, selon un mode de réalisation préféré, réalisées à base de matériaux non- organiques comme la silice. De préférence, les couches 317B et 317T sont réalisées à base d'oxydes de silicium SiOx, par exemple de dioxyde de silicium S1O2. Le matériau des couches
317B et 317T est, par exemple, déposé respectivement sur la face supérieure de l'électrode basse 311B et la face inférieure de l'électrode haute 311T par pulvérisation sous vide. Les couches 317B et 317T ont, par exemple, chacune une épaisseur nanométrique, c'est-à-dire une épaisseur comprise entre 5 nm et 100 nm, de préférence comprise entre 10 nm et 50 nm.
[0089] En variante, les couches 317B et 317T sont réalisées à base de matériaux organiques dont l'alignement des molécules est photo-induit, c'est-à-dire que les couches organiques sont photo-alignées à l'aide d'une lumière UV polarisée. En variante, les couches organiques sont réalisées par moulage (molding).
[0090] Au repos, c'est-à-dire lorsque les électrodes 311T et 311B sont au même potentiel, les molécules de cristaux liquides forment entre la couche 317B et la couche 317T une hélice ayant un angle de rotation de 90°. Les molécules de cristaux liquides situées au voisinage de la couche 317T sont orientées selon la deuxième direction et les molécules de cristaux liquides situées au voisinage de la couche 317B sont orientées selon la première direction. Le rayonnement issu d'un corps chaud traverse le polariseur 315T et devient polarisé. En sortie du polariseur 315T, le rayonnement passe à travers la couche de cristaux liquide 309 et voit sa polarisation changée de 90°. En sortie de la couche de cristaux liquide 309, le rayonnement a une polarisation alignée avec le polariseur 315B. Le rayonnement traverse donc l'obturateur 27.
[0091] Lorsque les électrodes 311T et 311B ne sont pas au même potentiel, les cristaux liquides tendent à s'orienter, dans toute l'épaisseur de la matrice 309, parallèlement au champ électrique créé entre les deux électrodes 311T et 311B. Un rayonnement, non polarisé, traverse donc le polariseur haut 315T et la matrice 309 mais est bloqué par le polariseur bas 315B. Le rayonnement ne traverse donc pas l'obturateur 27. [0092] Selon un mode de réalisation, le capteur décrit en relation avec la figure 3 est pixelisé au niveau d'au moins une des électrodes 311T, 311B de l'obturateur 27.
[0093] Selon un mode de réalisation, le capteur décrit en relation avec la figure 3 est pixelisé au niveau d'au moins une des électrodes 301, 305 du détecteur 25.
[0094] Selon un mode de réalisation, le capteur décrit en relation avec la figure 3 est pixelisé au niveau de la couche active 303 du détecteur 25.
[0095] Dans les modes de réalisation où seul le détecteur 25 est pixelisé par sa couche active 303 ou par l'une de ses électrode 301, 305, la couche 313 de l'obturateur 27 est optionnelle .
[0096] Le mode de réalisation illustré en figure 3 permet ainsi d'alterner entre des périodes pendant lesquelles le détecteur peut détecter un rayonnement et d'autres pendant lesquelles aucun rayonnement infrarouge n'atteint le détecteur. Les périodes pendant lesquelles aucun rayonnement infrarouge n'atteint le détecteur permettent de réinitialiser le détecteur. Une telle réinitialisation permet de créer un gradient dans le nombre de photons détectés et d'exploiter ce gradient de façon à détecter un corps chaud immobile.
[0097] Selon les matériaux considérés, le procédé de formation d'au moins certaines couches du capteur illustré en figure 3 peut correspondre à un procédé dit additif, par exemple par impression directe du matériau composant les couches organiques aux emplacements souhaités notamment sous forme de sol-gel, par exemple par impression par jet d'encre, héliographie, sérigraphie, flexographie, revêtement par pulvérisation (spray coating) ou dépôt de gouttes (drop- casting). Selon les matériaux considérés, le procédé de formation d'au moins certaines couches du capteur illustré en figure 3 peut correspondre à un procédé dit soustractif, dans lequel le matériau composant les couches organiques est déposé sur la totalité de la structure et dans lequel les portions non utilisées sont ensuite retirées, par exemple par photolithographie ou ablation laser. Selon le matériau considéré, le dépôt sur la totalité de la structure peut être réalisé par exemple par voie liquide, par pulvérisation cathodique ou par évaporation. Il peut s'agir notamment de procédés du type dépôt à la tournette (spin coating), revêtement par pulvérisation, héliographie, revêtement par filière (slot-die coating), revêtement à la lame (blade- coating), flexographie, sérigraphie ou jet d'encre (en anglais inkjet). Lorsque les couches sont métalliques, le métal est, par exemple, déposé par évaporation ou par pulvérisation cathodique sur l'ensemble du support et les couches métalliques sont délimitées par gravure.
[0098] De façon avantageuse, au moins certaines des couches du capteur illustré en figure 3 peuvent être réalisées par des techniques d'impression. Les matériaux de ces couches décrites précédemment peuvent être déposés sous forme liquide, par exemple sous forme d'encres conductrices et semiconductrices à l'aide d'imprimantes à jet d'encre. Par matériaux sous forme liquide, on entend ici également des matériaux en gel déposables par des techniques d'impression. Des étapes de recuit sont éventuellement prévues entre les dépôts des différentes couches. Les températures de recuit sont alors, par exemple, inférieures à environ 150 °C. Lee dépôt et les éventuels recuits sont, par exemple, réalisés à la pression atmosphérique.
[0099] La figure 4 représente par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un capteur tel que décrit en relation avec la figure 2. [0100] Le présent mode de réalisation diffère du mode de réalisation illustré en figure 3 par le fait que l'obturateur 27 ne comprend pas de polariseur 315T.
[0101] On suppose que la matrice 309 de cristaux liquides est une matrice nématique, les molécules de cristaux liquides formant, au repos, entre la face supérieure et la face inférieure de la matrice 309, une hélice ayant un angle de rotation de 90°. Un effet de cette hélice est d'agir, au repos, comme un polariseur vertical.
[0102] Lorsque qu'une tension est appliquée entre les électrodes 311T et 311B, les cristaux liquides tendent à s'orienter, dans toute l'épaisseur de la matrice 309, parallèlement au champ électrique créé entre les deux électrodes 311T et 311B. Selon le mode de réalisation illustré en figure 4, les cristaux liquides ont tendance à s'orienter horizontalement, c'est-à-dire selon la deuxième direction. Un rayonnement, non polarisé, traverse donc la matrice 309 en étant polarisé horizontalement mais est bloqué par le polariseur 315B qui ne laisse passer que le rayonnement polarisé verticalement. Le rayonnement ne traverse donc pas l'obturateur 27. On peut ainsi se passer du polariseur 315T.
[0103] Le présent mode de réalisation illustre le cas d'un capteur dans lequel l'obturateur 27 comprend un polariseur 315B mais ne comprend pas de polariseur 315T. Toutefois, il est transposable, en changeant la nature de la matrice 309, à un capteur dans lequel l'obturateur 27 comprend un polariseur 315T mais ne comprend pas de polariseur 315B.
[0104] Selon un mode de réalisation, l'obturateur 27 illustré en figure 4 ne comprend aucun des deux polariseurs 315T, 315B. Un capteur doté d'un tel obturateur 27 ne permet de détecter des corps chauds qu'en mouvement. [0105] La figure 5 représente par une vue en coupe, partielle et schématique, encore un autre mode de réalisation d'un capteur tel que décrit en relation avec la figure 2.
[0106] Le présent mode de réalisation diffère du mode de réalisation illustré en figure 3 par le fait que l'absorbeur infrarouge et la deuxième électrode ne forment qu'un seul élément, désigné ici 501. Cet élément ayant la propriété d'absorbeur infrarouge et d'électrode est un mélange de l'électrode 305 et de l'absorbeur 307 illustrés en figure 3. L'élément 501 peut notamment être à base de SnC>2 ou de PDOT:PSS
[0107] Les différentes variantes décrites en relation avec le mode de réalisation représenté en figure 3, se transposent au présent mode de réalisation.
[0108] La figure 6 représente par une vue en coupe, partielle et schématique, encore un autre mode de réalisation d'un capteur tel que décrit en relation avec la figure 2.
[0109] Le présent mode de réalisation diffère du mode de réalisation illustré en figure 3 par le fait que l'absorbeur infrarouge et la couche active ne forment qu'un seul élément, désigné ici 601. Cet élément ayant la propriété d'absorbeur infrarouge et de couche pyroéléctriquement active est un mélange de l'électrode 305 et de la couche active 303 illustrés en figure 3. L'élément 601 peut notamment être en un composite de PVDF et de nanoparticules de Sn02.
[0110] Selon le mode de réalisation illustré en figure 6, le matériau de l'électrode 305 est adapté à laisser passer le rayonnement infrarouge.
[0111] Les différentes variantes décrites en relation avec le mode de réalisation représenté en figure 3, se transposent au présent mode de réalisation. [0112] Un avantage des modes de réalisation et des modes de mise en oeuvre décrits est qu'ils permettent la détection de corps chauds immobiles par rapport à la position du capteur.
[0113] 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.
[0114] 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
1. Capteur comprenant un détecteur infrarouge (25) surmonté d'un obturateur (27).
2. Capteur selon la revendication 1, dans lequel l'obturateur (27) comporte une matrice à cristaux liquides (309).
3. Capteur selon la revendication 2, dans lequel l'obturateur (27) comporte deux électrodes (311T, 311B), situées de part et d'autre de ladite matrice à cristaux liquides (309).
4. Capteur selon la revendication 3, dans lequel les deux électrodes (311T, 311B) sont dans des plans parallèles aux plans de la matrice (309) et du détecteur infrarouge (35).
5. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'obturateur (27) comporte, en outre, au moins un polariseur (315B ; 315T).
6. Capteur selon la revendication 1, dans lequel l'obturateur (27) est un obturateur mécanique.
7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le détecteur infrarouge (25) comprend une couche pyroélectriquement active (303).
8. Capteur selon la revendication 7, dans lequel la couche active (303) est en polyfluorure de vinylidène.
9. Capteur selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la couche active (303) est en un copolymère de fluorure de vinylidène et de trifluoroéthylène, en un copolymère de fluorure de vinylidène et de chlorure de trifluoroéthylène, en un copolymère de fluorure de vinylidène et de hexaf luoropropylène ou en un mélange d'au moins deux de ces copolymères.
10. Capteur selon l'une quelconque des revendications 7 à
9, dans lequel la couche active (303) est en un terpolymère de fluorure de vinylidène et de trifluoroéthylène et de chlorofluoroéthylene.
11. Capteur selon l'une quelconque des revendications 7 à
10, dans lequel la couche active (303) est en :
- polyfluorure de vinyle ;
- polychlorure de vinyle ;
- titanate de baryum ;
- titano-zirconate de plomb ;
- tantalate de lithium ;
- sulfate de triglycine ;
- titanate de plomb ;
- fluorure de vinylidène trifluoroéthylène ; ou
- un mélange d'au moins deux de ces composés.
12. Capteur selon l'une quelconque des revendications 7 à
11, dans lequel le détecteur infrarouge (307) comprend une première électrode (301) et une deuxième électrode (305) situées de part et d'autre de ladite couche active (303), dans des plans parallèles aux plans de la couche active (303) et de l'obturateur (27).
13. Capteur selon les revendications 3 et 12, dans lequel :
- la couche active (303) est pixélisée ;
- au moins une des électrodes (311T ; 311B) de l'obturateur (27) est pixélisée ; et/ou
- au moins une des première (301) et deuxième (305) électrodes du détecteur infrarouge (25) est pixélisée.
14. Capteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, dans lequel le détecteur infrarouge (25) est associé à un absorbeur infrarouge (307), dans un plan parallèle à la couche active (303).
15. Capteur selon la revendication 14, dans lequel 1'absorbeur infrarouge (307) est en :
- dioxyde d'étain dopé en antimoine ;
- dioxyde d'étain ;
- dioxyde de silicium ;
- dioxyde de silicium dopé en antimoine ;
- or ;
- graphite ;
- PDOT:PSS ; ou
- en un mélange d'au moins deux de ces composants.
16. Capteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 15, comprenant successivement :
- une première électrode (301) du détecteur infrarouge
(25) ;
- une couche pyroélectriquement active (303) ;
- une deuxième électrode (305) du détecteur infrarouge
(25) ;
- un absorbeur infrarouge (307) ;
- un premier polariseur (315B) ;
- une couche de transistors en couches minces (313) ;
- une première électrode (311B) de l'obturateur (27) ;
- une première couche d'alignement (317B) ;
- une matrice à cristaux liquides (309) ;
- une deuxième couche d'alignement (317T) ;
- une deuxième électrode (311T) de l'obturateur (27) ; et
- un deuxième polariseur (315T).
17. Capteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 15, comprenant successivement :
- une première électrode (301) du détecteur infrarouge
(25) ;
- une couche pyroélectriquement active (303) ;
- une deuxième électrode (305) du détecteur infrarouge (25)
- un absorbeur infrarouge (307) ;
- une couche de transistors en couches minces (313) ;
- une première électrode (311B) de l'obturateur (27) ;
- une première couche d'alignement (317B) ;
- une matrice à cristaux liquides (309) ;
- une deuxième couche d'alignement (317T) ; et
- une deuxième électrode (311T) de l'obturateur (27).
18. Capteur selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, dans lequel l'absorbeur infrarouge (307) et la couche active (303) du détecteur infrarouge (25) sont distincts.
19. Capteur selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, dans lequel l'absorbeur infrarouge (307) et la couche active (303) sont un seul et même élément (601).
20. Capteur selon la revendication 12 ou 13 et l'une quelconque des revendications 14 à 17, dans lequel 1'absorbeur infrarouge (307) et la deuxième électrode (305) sont un seul et même élément (501).
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