WO2024089221A1 - Integrated optical sensor for diffuse reflectance spectroscopy - Google Patents

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WO2024089221A1
WO2024089221A1 PCT/EP2023/080019 EP2023080019W WO2024089221A1 WO 2024089221 A1 WO2024089221 A1 WO 2024089221A1 EP 2023080019 W EP2023080019 W EP 2023080019W WO 2024089221 A1 WO2024089221 A1 WO 2024089221A1
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WO
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optical
substrate
diffusing
absorbing body
layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/080019
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French (fr)
Inventor
Angélique Rascle
Luc Andre
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N21/474Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
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    • A61B2562/0242Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00 for varying or adjusting the optical path length in the tissue
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    • A61B2562/16Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
    • A61B2562/164Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors the sensor is mounted in or on a conformable substrate or carrier
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30Devices controlled by radiation
    • H10K39/32Organic image sensors
    • H10K39/34Organic image sensors integrated with organic light-emitting diodes [OLED]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K65/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element and at least one organic radiation-sensitive element, e.g. organic opto-couplers

Definitions

  • the present invention relates to the field of optical sensors for diffuse reflectance spectroscopy, also known by the abbreviation “DRS”.
  • Diffuse reflectance spectroscopy is a non-invasive measurement technique allowing the study of the structure and/or composition of a diffusing body. It is used in particular to measure the concentration of chromophores in biological tissue, for example to measure the oxygenation rate and/or the hydration and/or blood sugar level of skin tissues.
  • Figure 1 illustrates an example of implementation of DRS according to the prior art for the study of a skin tissue 1.
  • the skin tissue 1 comprises an epidermis 2 and a dermis 3.
  • the epidermis 2 covers the dermis 3.
  • the epidermis 2 comprises epidermis cells 4 and the dermis 3 comprises dermis cells 5 and blood vessels 6.
  • the skin tissue 1 also comprises a stratum corneum 7 composed of dead cells covering the epidermis 2.
  • a device for implementing DRS generally uses a light source 10 emitting light radiation of wavelength between 400 nm and 1700 nm in the skin tissue 1. It further comprises optical sensors 15i, 152 to detect a backscattered part 20i, or 202, of the light radiation which has interacted with the skin tissue 1.
  • the photons of light radiation are absorbed, deflected and/or diffused by the absorbing or diffusing constituents 4-6 of the skin tissue 1.
  • the absorbing constituents 4-6 are in particular the chromophores, for example water, certain lipids, melanin, hemoglobin or glucose.
  • Diffusing constituents 4-6 include melanosomes, blood cells, collagen, keratin and certain lipids. Only part 20i, 202 of the photons is backscattered, that is to say it emerges by diffuse reflection from the side of the skin tissue 1 through which the light radiation has been introduced, and can thus be detected by one of the sensors optics 15i, 152.
  • the optical sensor 15i measures the backscattered part 20i of the light radiation in order to study the structure and/or composition of the epidermis 2.
  • the optical sensor 152 measures the backscattered part 2O2 of the light radiation in order to study the structure and/or the composition of the dermis 3.
  • the distance between the sensors 151, 152 and the light source 10 is chosen as a function of the depth in the skin tissue 1 of the study area considered.
  • the properties of the light radiation, in particular its wavelength and its angle of incidence on the skin tissue 1 are chosen according to the constituents 4-6 of the skin tissue 1 to be studied.
  • US 2020/0315473 Al describes an optical system for diffuse reflectance spectroscopy, the optical system comprising a light source and an optical sensor spaced from one another, the optical sensor measuring the backscattered portion of the radiation emitted by the light source in a diffusing body as a function of the angle of incidence at the optical sensor.
  • EP 6 598 943 A1 describes an optical device for diffuse reflectance spectroscopy, which comprises a light source arranged on a photodetector.
  • the optical device described by EP 6 598 943 Al has poor optical contact with a diffusing body to be studied, that is to say that there are significant losses of photons backscattered by the diffusing body at the interface. between the optical device and the diffusing body.
  • the invention relates to a multilayer device for diffuse reflectance spectroscopy of a diffusing and/or absorbing body
  • the optical device comprising: a substrate, a layered optical emitter and a layered optical detector carried by a face of the substrate and not superimposed on each other, the optical emitter comprising at least one light source for emitting light radiation of wavelength between 400 nm and 1700 nm towards the diffusing and/or absorbing body ; the optical detector comprising at least one optical sensor for measuring the light radiation scattered and reflected by the diffusing and/or absorbing body, the device having a contact face intended to be in contact with the diffusing and/or absorbing body, the transmitter optical and the optical detector being entirely sandwiched between the contact face and the substrate.
  • the layered conformation on the substrate of the optical emitter and the optical detector facilitates the implementation of a DRS measurement by simply bringing the device into contact with the diffusing and/or absorbing body, for example by manual application of the device on the diffusing and/or absorbing body.
  • the invention thus makes it possible for the user, after having positioned the optical transmitter on the diffusing and/or absorbing body, to avoid the tedious step of positioning the optical detector relative to the optical transmitter, or vice versa. .
  • the device is advantageously portable.
  • the wearer of the device is for example an animal or a human being. It then makes it possible to measure by diffuse reflectance spectroscopically the concentration of chromophores in a biological tissue, for example the wearer's skin. It is thus possible, for example, to determine the rate of oxygenation and/or hydration and/or blood sugar levels of the wearer's skin tissue.
  • the distance, measured according to the thickness of the substrate, between the face of the optical emitter opposite the substrate and the face of the optical detector opposite the substrate is less than or equal to 100 pm, preferably less than or equal to 10 pm .
  • the contact face of the device when observed in a direction normal to the substrate, extends over a surface area less than or equal to 100 mm 2 , preferably between 1 mm 2 and 100 mm 2 .
  • said contact face has a length and a width less than or equal to 10 mm and greater than or equal to 1 mm. So, the optical contact between the device and the diffusing and/or absorbing body is optimal, particularly when the diffusing and/or absorbing body is more flexible than the device.
  • the portion of the contact face facing the optical emitter and the optical detector has a flatness difference less than or equal to 100 pm, preferably less than or equal to 10 pm.
  • the flatness difference corresponds to the distance between the two closest parallel planes between which the portion of the contact face is entirely included.
  • the optical transmitter and the optical sensor are preferably spaced at a distance of less than 50 mm, preferably between 1 pm and 50 mm.
  • the optical transmitter comprises several light sources and/or the optical detector comprises several optical sensors, the light source and the optical sensor furthest from each other are preferably 8 mm apart.
  • the device may include an electric current generator, for example an autonomous battery, to electrically power the optical transmitter and the optical detector.
  • an electric current generator for example an autonomous battery
  • the optical transmitter comprises a plurality of light sources arranged regularly, for example periodically, on the substrate.
  • at least one of the light sources is configured to emit light radiation of a wavelength different from the light radiation emitted by at least one other of the light sources, in particular by each of the other light sources.
  • the optical detector comprises at least two optical sensors arranged regularly, for example periodically, on the substrate.
  • the optical detector comprises at least two groups of optical sensors configured to detect light radiation scattered and reflected by the diffusing and/or absorbing body of wavelength ranges different from each other.
  • the optical detector comprises a first group of optical sensors configured to detect light radiation of wavelength between 450 nm and 650 nm, a second group of optical sensors configured to detect light radiation of wavelength included between 650 nm and 900 nm and a third group of optical sensors configured to detect light radiation of wavelength between 850 nm and 1600 nm.
  • the device comprises a barrier opaque to at least one light radiation of wavelength between 400 nm and 1700 nm, the opaque barrier being carried by the substrate and arranged between the optical emitter and the optical detector in order to prevent the radiation emitted by the light source from directly reaching the optical sensor.
  • a barrier opaque to at least one light radiation of wavelength between 400 nm and 1700 nm, the opaque barrier being carried by the substrate and arranged between the optical emitter and the optical detector in order to prevent the radiation emitted by the light source from directly reaching the optical sensor.
  • Such an opaque barrier reduces measurement noise during a DRS measurement. Radiation emitted by a light source reaching “directly” a sensor has not undergone reflection and/or refraction between its emission and its reception. In particular, it was not reflected by the diffusing and/or absorbing body and/or did not penetrate and then be refracted by the diffusing and/or absorbing body.
  • the barrier can be a metallic, polymeric material, for example a resin, or semiconductor.
  • each light source comprises at least one light-emitting layer, an anode and a cathode sandwiching the light-emitting layer and each being electrically connected with the light-emitting layer.
  • the anode is interposed between the photoemitting layer and the substrate.
  • the anode and/or the cathode may be in contact with the photoemitting layer.
  • the photo-emitting layer can be deposited on the anode and/or the cathode can be deposited on the photo-emitting layer.
  • a “photo-emitting layer” converts a signal, in particular an electrical current, into light radiation.
  • At least one of the light sources may comprise a plurality of photo-emitting layers stacked on top of each other with the anode and the cathode arranged on either side of the stack.
  • the photoemitting layer is chosen from a light-emitting diode, a quantum dot and a laser diode.
  • the light-emitting diode can be organic or inorganic. For example it is made of GaN, or AlInGaP, or InP, or Alqa. or in DCM, or in Ir(ppy)3, or in FIrPic, or in DABNA.
  • a quantum dot is a nanocrystalline semiconductor material, for example germanium (Ge) or indium gallium arsenide (InGaAs), behaving like a potential well confining the electric charges in the three dimensions of space.
  • the laser diode may be a vertical cavity surface emitting laser diode (VCSEL).
  • the optical transmitter comprises at least one electrically insulating wall arranged between two adjacent light sources so as to electrically isolate the anode of one of the two light sources from the anode of the other of the two light sources.
  • the insulating wall is made of insulating resin, or an oxide, or a semiconductor, or a metal.
  • the insulating wall is opaque at at least one, preferably at all wavelengths between 400 nm and 1700 nm.
  • each optical sensor comprises at least one photosensitive layer, an anode and a cathode sandwiching the photosensitive layer and each being electrically connected with the photosensitive layer.
  • the anode is interposed between the photosensitive layer and the substrate.
  • the anode and/or the cathode may be in contact with the photosensitive layer.
  • the photosensitive layer can be deposited on the anode and/or the cathode can be deposited on the photosensitive layer.
  • a “photosensitive layer” converts light radiation into an electrical signal, in particular a current.
  • At least one of the optical sensors may comprise a stack of photosensitive layers superimposed on one another with the anode and the cathode arranged on either side of the stack.
  • the photosensitive layer is chosen from a silicon and/or germanium photodetector, an organic photodetector, for example based on ZnPc preferably doped with C ⁇ O, and a quantum dot.
  • the cathode of the light source and/or the cathode of the optical sensor may be made of a material transparent to at least one, preferably all, wavelengths between 400 nm and 1700 nm.
  • Said transparent material can be chosen from a metal or an alloy, in transparent conductive oxide (TCO), for example chosen from indium-tin oxide (ITO), tin dioxide (SnO2), a titanium/titanium bilayer. titanium nitride (Ti/TiN), aluminum (Al), and silver (Ag).
  • TCO transparent conductive oxide
  • ITO indium-tin oxide
  • SnO2 tin dioxide
  • Ti/TiN titanium/titanium bilayer.
  • titanium nitride (Ti/TiN) aluminum
  • Al silver
  • the cathode of the light source and/or the cathode of the optical sensor may each have a thickness of between 10 nm and 30 nm.
  • At least two of the light sources can share the same cathode. At least two of the optical sensors can share the same cathode.
  • the anode of the light source and/or the anode of the optical sensor may be a material chosen from a metal or an alloy, a conductive oxide, for example indium-tin oxide (ITO), a titanium/bilayer. titanium nitride (Ti/TiN), silver (Ag), aluminum (Al), germanium (Ge), nickel (Ni), and gold (Au).
  • the anode of the light source and/or the anode of the optical sensor is made of a reflective material.
  • the anode of the light source and/or the anode of the optical sensor may each have a thickness of between 5 nm and 50 nm, preferably between 5 nm and 30 nm.
  • the optical detector comprises at least one electrically insulating wall arranged between two adjacent optical sensors so as to electrically isolate the photosensitive layer and the anode of one of the two optical sensors of the photosensitive layer and the anode of the other of the two optical sensors.
  • the electrically insulating wall of the optical detector is made of an electrically insulating resin, or an oxide, or a semiconductor, or a metal.
  • it is opaque at at least one, preferably at all wavelengths between 400 nm and 1700 nm.
  • the area of the substrate is greater than or equal to the sum of the area of the optical emitter and the area of the optical detector and, where appropriate, the area of the opaque barrier.
  • the substrate extends over a surface area less than or equal to 100 mm 2 , preferably less than or equal to 50 mm 2 , preferably less than or equal to 25 mm 2 .
  • the device comprises an electrically conductive via in electrical contact with the anode and passing through the substrate right through depending on the thickness of the substrate.
  • the via is made of an N or P doped semiconductor, or of a metal or metal alloy, for example tungsten (W), or copper (Cu), or aluminum (Al), or a bilayer of titanium. /titanium nitride (Ti/TiN). It thus makes it possible to establish an electrical connection with the anode from the side of the substrate opposite the contact face. It notably allows the control of the anode by a CMOS type integrated circuit.
  • the device comprises several vias which each connect one of the anodes and pass through the substrate right through.
  • the device may comprise one or more electrically conductive tracks in electrical contact with the anode and extending beyond the portion of the substrate carrying the optical emitter and the optical detector.
  • the electrically conductive track(s) can be arranged in the thickness of the substrate.
  • the substrate can be rigid or flexible. Unlike a rigid substrate, a flexible substrate deforms elastically under the effect of its own weight. A flexible substrate advantageously makes it possible to conform the device to the diffusing and/or absorbing body, to improve optical contact.
  • the substrate may be made of a material chosen from silicon, a polymer, and a glass. It may include a silicon portion carried by an electrically insulating support.
  • the substrate can carry an electrical contact pad electrically connected to the cathode(s) and arranged at a distance from the portion of the substrate carrying the optical emitter and the optical detector.
  • the device comprises a transparent coating at at least one, preferably at all wavelengths between 400 nm and 1700 nm, covering the face of the optical emitter and the face of the optical detector opposite the substrate.
  • the transparent coating is made of alumina (AI2O3), or of silicon monoxide (SiO), or of organic resin, or of a multilayer formed of the aforementioned materials.
  • the transparent coating has a thickness less than or equal to 10 ⁇ m.
  • the device comprises an optical absorber arranged between the optical emitter and the optical detector, the optical absorber comprising a face merging with the contact face.
  • the optical absorber prevents reflections of light radiation at the interface between the diffusing and/or absorbing body and the optical absorber.
  • the optical absorber has a refractive index greater than 1.3, or even greater than 1.4.
  • the optical absorber may include, or even consist of, the opaque barrier.
  • the device may comprise an additional optical absorber arranged between two adjacent optical sensors, the additional optical absorber comprising a face merging with the contact face and having a refractive index greater than 1.3, or even greater than 1.4.
  • Said additional optical absorber can be formed from one of the insulating walls.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a device according to the invention, the method comprising depositing layers on the substrate to form the optical emitter and the optical detector.
  • the invention relates to the use of at least one device according to the invention for diffuse reflectance spectroscopy of a diffusing and/or absorbing body, preferably the diffusing and/or absorbing body being organic, for example a food of animal, plant or fungal origin, or biological tissue, in particular human or animal.
  • Use may include:
  • the optical detector of the same device as the optical transmitter having irradiated the diffusing and/or absorbing body, of a part backscattered by the diffusing and/or absorbing body of the light radiation, and/or, of a part of the light radiation reflected by the surface of the diffusing and/or absorbing body.
  • the use may include the calibration of the optical detector and/or the optical transmitter based on the detection of the part of the light radiation reflected by the surface of the diffusing and/or absorbing body so as to limit the measurement noise during Diffuse reflectance spectroscopy.
  • the part of the light radiation reflected by the surface of the diffusing and/or absorbing body also called specular reflection, depends on the diffusing and/or absorbing body. For example, for skin tissue, the specular reflection depends on the skin tone of said tissue.
  • Use may include:
  • the detection by the optical detector of the same device as the optical emitter having irradiated the diffusing body, of a part backscattered by the body diffusing and/or absorbing the corresponding light radiation
  • a plurality of devices according to the invention can be used for the implementation of diffuse reflectance spectroscopy.
  • the measurement can be done in an impulse and/or frequency manner.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional representation of an example of implementing a diffuse reflectance spectroscopic measurement known from the prior art.
  • FIGs 2 to 5 are schematic cross-sectional views of different examples of the multilayer device according to the invention.
  • Figure 6 is a schematic top view of an example of the multilayer device according to the invention.
  • Figures 7 to 10 are schematic representations in cross section illustrating different examples of use of the device according to the invention for diffuse reflectance spectroscopy. 'a diffusing and/or absorbing body.
  • Figures 11 to 19 are schematic cross-sectional views of the different stages of an example of implementation of the method of manufacturing the device according to the invention.
  • FIG. 2 illustrates a first embodiment of a multilayer device according to the invention.
  • the device 25 comprises a substrate 30, having a face 31, a optical emitter 35 and an optical detector 40 in contact with the face 31.
  • the device 25 further comprises an opaque barrier 45 carried by the substrate 30 and arranged between the optical emitter 35 and the optical detector 40.
  • the opaque barrier forms a wall preventing the direct transmission of light radiation emitted by the optical transmitter 35 to the optical detector 40.
  • the optical transmitter 35 comprises two light sources 50i and 502 to emit light radiation of wavelength between 400 nm and 1700 nm. It further comprises an electrically insulating wall 55 arranged between the light sources 50i and 502.
  • Each of the light sources 50i, respectively 502 comprises an anode 60i, respectively 6O2, a photo-emitting layer 65i, respectively 652, and a cathode 70 common to the two light sources 50i and 502.
  • the photo-emitting layer 65i, respectively 652 is sandwiched between the cathode 70 and the anode 6O1, respectively 6O2.
  • the photoemitting layer 651 or 652 emits light radiation.
  • the photoemitting layers 651 and 652 emit light radiation of wavelength(s) different from each other.
  • the optical detector 40 comprises two optical sensors 751 and 752. It further comprises an electrically insulating wall 80 arranged between the optical sensors 751 and 752.
  • Each optical sensor 751, respectively 752 comprises an anode 851, respectively 852, a first photosensitive layer 90i, respectively 902, a second photosensitive layer 95i, respectively 952, and a cathode 72.
  • the first and second photosensitive layers 90i and 951, respectively 902 and 952, are sandwiched between the cathode 72 and the anode 85i, respectively 852.
  • the latter converts this radiation into electric current.
  • the first photosensitive layer 90i or 902 can be configured to convert light radiation of wavelength included in a first range, for example from 400 nm to 900 nm
  • the second photosensitive layer 951 or 952 can be configured to convert the light radiation of wavelength included in a second range different from the first range, for example from 850 nm to 1700 nm.
  • the electrically insulating wall 80 insulates electrically the anodes 85i and 852 from each other and the first and second photosensitive layers 90i, 9 (, 95i and 952 from one optical sensor 751 or 752 to the other 751 or 752.
  • the cathode 70 is common to each of the light sources 50i and 502 and the cathode 72 is common to each of the optical sensors 75i and 752.
  • the device 25 is brought into contact with said diffusing and/or absorbing body by applying the contact face 71 of the device 25 opposite the substrate 30 against the diffusing and/or absorbing body.
  • the contact face 71 consists of the faces of the cathode 70 and the cathode 72 opposite, respectively, the photosensitive layers 85i, 852 and the photoemitting layers 651, 652.
  • the radiation light emitted by the photoemitting layer 65i or 652 is transmitted through the transparent cathode 70, to the diffusing and/or absorbing body, then part of this light radiation is backscattered by the diffusing and/or absorbing body and transmitted through the cathode 72 to photosensitive layers 90i, 902, 95i and 952.
  • the substrate 30 comprises vias 100 passing right through the substrate 30 so as to establish electrical contact of each of the anodes 60i, 6O2, 85i and 852 through the substrate 30.
  • the electrical power supply of the optical transmitter 35 and the optical detector 40 can be carried out opposite the contact face 71. This prevents the quality of the optical contact from being hampered by electrical power supply circuitry of the device 25.
  • each of the light sources 50i, respectively 502 comprises a first photoemitting layer 651, respectively 652, and a second light-emitting layer 661, respectively 662.
  • the first and second light-emitting layers 65i and 661, respectively 652 and 662 are stacked one on top of the other. They are sandwiched between cathode 70 and anode 6O1, respectively 6O2.
  • the third example of device 25 illustrated in Figure 4 differs from the example illustrated in Figure 2 in that the substrate 30 carries an electrical contact pad 105 on the periphery of the substrate 30.
  • the electrical contact pad 105 is electrically connected to the cathode 70. It facilitates the electrical supply of the cathode 70 to apply an electric current between the cathode 70 and the anode 60i or 6O2. In addition, it facilitates the measurement of the electrical signal produced by one of the photosensitive layers 90i, 902, 95i and 952. In particular, during a DRS measurement, the cathode 70 is brought into contact with the diffusing and/or absorbing body or sandwiched between the diffusing and/or absorbing body and the substrate 30. The electrical contact pad 105 makes electrical contact with the cathode 70 more accessible for an electrical signal power supply and/or measuring device.
  • the optical emitter 35 and the optical detector 40 do not have the same heights hi and I12 measured from the substrate along an axis parallel to the thickness of the substrate. This results in a distance di between the face 36 of the optical emitter 35 and the face 41 of the optical detector 40 which are each opposite the substrate 30. Preferably, the distance di is less than 100 pm, in order to ensure good optical contact. Furthermore, in the embodiment shown in Figure 4, the flatness difference of the contact face 71 is at most equal to the distance di. A reduction in the distance advantageously leads to a reduction in the flatness difference.
  • FIG. 5 a fourth example of device 25 which differs from that illustrated in Figure 4 in that it comprises a transparent coating 110 for wavelengths between 400 nm and 1700 nm.
  • the coating 110 is placed in contact with the cathode 70 and the cathode 72. It covers the optical emitter 35 and the optical detector 40. The optical emitter 35 and the optical detector 40 are sandwiched between the substrate 30 and the coating 110.
  • the coating 110 protects the optical emitter 35 and the optical detector 40, which is particularly advantageous if the latter are composed at least in part of organic materials.
  • the device 25 is placed on the diffusing and/or absorbing body with the coating 110 in contact with the diffusing and/or absorbing body.
  • the contact face of the device is the face 111 of the coating 110 opposite the substrate 30.
  • the coating 110 comprises a step 112 caused by the distance di between the face 36 of the optical emitter 35 and the face 41 of the optical detector 40.
  • the step 112 has a height d2 equal to the distance di.
  • Figure 6 shows a top view of another example of a device 25 according to the invention.
  • the optical transmitter 35 comprises ten 50i-50w light sources arranged periodically on the substrate 30 in five rows and two columns.
  • the optical detector 40 comprises twelve optical sensors 751-7512 arranged periodically on the substrate 30 in four rows and three columns.
  • the numbers and arrangements of light sources and optical sensors are not limiting. Other arrangements may be considered.
  • Each of the 5Oi-5Oio light sources is configured to emit light radiation of different wavelength from the other 5Oi-5Oio light sources.
  • the distance e between the light sources 502, 504, 50 ⁇ , 50S and 5Oio and the optical sensors 75i, 754, 75? and the nearest 75io is less than or equal to 8 pm.
  • the distance e is equal to the thickness of the optical barrier 45, but in another example not shown, the thickness of the optical barrier 45 is less than the distance e.
  • Figure 7 illustrates an example of use of a device 25 according to the invention. It differs from that illustrated in Figure 1 by the presence, instead of the light source 10, of the device 25.
  • the optical transmitter 35 emits light radiation into the skin tissue 1. Part of the radiation 20i is measured, after backscattering in the epidermis 2 of the skin tissue 1, by the optical sensor 151 and thus allows the study of the chromophores 4 of the epidermis 2. Another part of the radiation 202 is measured, after backscattering in the dermis 3 of the skin tissue 1 , by the optical sensor 152, and thus allows the study of the chromophores 5 and 6 of the dermis 3. A part 2O3 of the radiation is reflected by the surface of the skin tissue 1, this specular reflection is measured by the optical detector 40 of the device 25
  • Measuring the specularly reflected part 2O3 of the radiation makes it possible to calibrate the optical transmitter 35 so that the specular reflection influences as little as possible the measurements of the chromophores 4-6 of the dermis and/or the epidermis.
  • the measures backscattered parts 201 and 2 ⁇ 2 of the radiation are corrected by taking into account the measurement of the specular reflection 2O3 of the radiation.
  • FIG 8. Another example of use of the device 25 according to the invention is illustrated in Figure 8.
  • the device is in optical contact with a diffusing and/or absorbing body 1.
  • the diffusing and/or absorbing body 1 comprises a first layer 2 and a second layer 3.
  • first 50i and second 5Ch light sources emit first and second light radiation in the diffusing and/or absorbing body 1.
  • the first light radiation has a different wavelength from the second light radiation.
  • a part of the first light radiation 201 and a part of the second light radiation 2O2 are then diffused in and then reflected by the first layer 2 of the diffusing and/or absorbing body 1 to optical sensors 751, respectively 752.
  • the optical sensors 751 and 752 measure the backscattered parts 20i and 2O2 of the first and second light radiations. It is thus possible to determine the most suitable wavelength for the study of an element of the first layer 2.
  • FIG. 9 illustrates an example of use of a plurality of devices 25i-25s according to the invention for diffuse reflectance spectroscopy of a diffusing and/or absorbing body 1.
  • the diffusing and/or absorbing body 1 comprises first, second and third layers respectively 2, 3 and 8 superimposed on each other.
  • Five 25i-25s devices according to the invention are placed in optical contact with the diffusing body 1 and spaced from each other.
  • the devices 252-254 are spaced from the first device 25i as a function of the target depth in the diffusing and/or absorbing body 1 that they are intended to measure.
  • the optical transmitter 35i of the first device 251 emits light radiation into the diffusing and/or absorbing body 1.
  • the backscattered part 20i of the light radiation is then measured by the optical detector 402 of the second device 252.
  • the backscattered part 2O2 of the light radiation is then measured by the optical detector 40a of the third device 25a.
  • the backscattered part 204 of the light radiation is then measured by the optical detector 404 of the fourth device 254.
  • a part 20a of the light radiation is reflected by the surface of the diffusing and/or absorbing body 1 then measured by the optical detector 40i of the first device 251. Similar to the example illustrated in Figure 7, the measurement of this specular reflection 2O3 makes it possible to best calibrate the optical transmitter 35i in order to best limit the effects of specular reflection for the other parts 201, 2O2 and 204 backscattered from the light radiation.
  • the backscattered parts 20i, 2O2 and 204 of the light radiation make it possible to study by diffuse reflectance spectroscopically the different layers 2, 3 and 8 of the diffusing and/or absorbing body 1.
  • FIG. 10 illustrates an example of a device 25 comprising an optical absorber 46 disposed between the optical transmitter 35 and the optical detector 40.
  • the device 25 further comprises additional optical absorbers 47 between each of the optical sensors 751, 752 and 753.
  • the device 25 is placed in optical contact with a first layer 2 of a diffusing and/or absorbing body 1.
  • the optical absorbers 46 and 47 have a refractive index greater than the refractive index of the first layer 2.
  • the diffusing and/or absorbing body 1 also comprises a second layer 3 comprising the elements whose study is desired.
  • Figure 10 represents the measurement of these elements by DRS.
  • the optical emitter 35 emits light radiation at different depths in the diffusing and/or absorbing body 1.
  • a portion 20i of the light radiation circulates in the first layer 2 at an intermediate depth then is backscattered by it.
  • the backscattered part 20i of the light radiation is then measured by the optical sensor 751.
  • a part 2O2 of the light radiation circulates in the first layer 2 up to the limit of the second layer 3, then is backscattered by the first layer 2.
  • the backscattered part 2(h of the light radiation is then measured by the optical sensor 752.
  • a part 2O3 of the light radiation sinks until then circulates in the second layer 3 then is backscattered by it
  • the backscattered part 2O3 of the light radiation is then measured by the optical sensor 753.
  • optical absorbers 46 and 47 eliminates the unwanted reflections of light radiation emitted by the optical emitter 35 at the interface between the first layer 2 and the device 25, and therefore, thereby, limits the measurement of radiation parasites which would not have circulated in the second layer 3 and would have reached the optical sensor 753.
  • the DRS measurement of the elements of the second layer 3 illustrated in Figure 10 it is interesting to subtract from the information collected by the optical sensor 753 the information collected by the sensors 751 and 752.
  • the DRS measurement is localized on the elements of the second layer 3 and is less disturbed by the influence of the first layer 2 crossed by the light radiation 2O3.
  • the method first comprises a step a) of supplying a substrate 30.
  • the substrate 30 may include recesses in which the vias 100 are formed. It can also be coated with the electrical contact pad 105.
  • the method then comprises a step b) of manufacturing the optical emitter 35 and the optical detector 40 by deposition of layers on the substrate 30 as is illustrated in Figures 11 to 19.
  • the manufacturing in step b) may comprise the following successive sub-steps: bi) manufacturing by deposition of at least one layer on the substrate 30 of the anodes 6O1, 6O2, 85i and 852 of the light source(s) 50i, 502 , and the optical sensor(s) 751, 752, b2) manufacturing the photosensitive layer(s) 90i, 902, 95i and 952 of the optical sensor(s) 751, 752, by depositing a layer on the anodes 851, 852, intended to form the anodes 85i, 852, of the optical sensor(s) 751, 752, b,) manufacturing of the photoemitting layer(s) 651, 652, of the optical source(s) 50i, 502, by layer deposition on the anodes 6O1, 6O2, intended to form the anodes 6O1, 6O2, of the optical source(s) 50i, 502,
  • Substep bi) may include the deposition, illustrated in Figure 11, on the substrate 30 of an electrically conductive material to form a primary layer 115 followed by etching, illustrated in Figure 12, preferably by photolithography, of the primary layer 115 so as to form the different anodes 60i, 6O2, 85i and 852.
  • the method may include an intermediate sub-step between sub-steps bi) and 62) during which an electrically insulating resin 117 is applied between the anodes 6O1, 6O2, 85i and 852, for example by layer deposition and localized etching.
  • This intermediate sub-step is illustrated in Figure 13.
  • the electrically insulating resin 117 then defines at least part of the insulating walls 55 and 80 and part of the opaque barrier 45.
  • Substep b2) may include the deposition, illustrated by Figure 14, preferably by transfer, of one or more secondary layers 120 and 125 made of the materials constituting the photosensitive layer(s) 90i, 902, 951 and 952 on the anodes 6O1, 6O2, 851 and 852. Said deposition is then followed by an etching, illustrated in Figure 15, preferably by ion bombardment, of the secondary layer(s) 120 and 125 so as to form the photosensitive layer(s). 90i, 902, 951 and 952 optical sensors 751, 752.
  • the method may include an intermediate sub-step between sub-steps b2) and ba) during which the opaque barrier 45 is manufactured by layer deposition and localized etching.
  • This intermediate sub-step is illustrated by Figures 17 and 18, Figure 16 illustrating the deposition of a layer 130 of the material constituting the opaque barrier 45 and Figure 17 illustrating the result of the localized etching of the layer 130 thus forming the opaque barrier 45 between the zone of the substrate 30 intended to carry the optical emitter 35 and the zone of the substrate 30 intended to carry the optical detector 40.
  • the manufacture of the photoemitting layer(s) 651, 652, during sub-step ba) can be done by localized deposition using stencil masks, as illustrated in Figure 18.
  • sub-step ba) may comprise the deposition, preferably by transfer, to form one or more tertiary layers of materials constituting the photo-emitting layer(s) 651, 652, on the anodes 6O1, 6O2, followed by etching, preferably by ion bombardment, of the tertiary layer(s) so as to form the photo-emitting layer(s) 651, 652, light sources 50i, 50 2 .
  • FIG. 19 illustrates substep 64) during which a layer of an electrically conductive material is deposited on the photosensitive layers 951, 952, the photoemitting layers 65i, 652 and the opaque barrier 45, said layer thus forming the cathode 70 of the light source(s) 50i, 502, and the optical sensor(s) 751, 752.
  • the method may comprise a subsequent step c) of manufacturing a transparent coating 110 for wavelengths between 400 nm and 1700 nm, the manufacturing being carried out by layer deposition, on the face of the emitter optical detector 35 opposite the substrate 30 and the face of the optical detector 40 opposite the substrate 30.

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Abstract

The invention relates to a multilayer device (25) for diffuse reflectance spectroscopy of a scattering and/or absorbing body (1), the optical device comprising: a substrate (30), a layered optical emitter (35) and a layered optical detector (40) which are supported by a face (31) of the substrate and are not placed one on top of the other, the optical emitter comprising at least one light source (501-5010) for emitting light radiation (201-204) having a wavelength of between 400 nm and 1700 nm towards the scattering and/or absorbing body; the optical detector comprising at least one optical sensor (751-7512) for measuring the light radiation scattered and reflected by the scattering and/or absorbing body, the device having a contact face (71, 111) intended to be in contact with the scattering and/or absorbing body, the optical emitter and the optical detector being entirely sandwiched between the contact face and the substrate.

Description

Description Description
Titre : Capteur optique intégré pour la spectroscopic par réflectance diffuse Title: Integrated optical sensor for diffuse reflectance spectroscopy
Domaine technique Technical area
La présente invention concerne le domaine des capteurs optiques pour la spectroscopic par réflectance diffuse, aussi connue sous l’abréviation « DRS ». The present invention relates to the field of optical sensors for diffuse reflectance spectroscopy, also known by the abbreviation “DRS”.
Technique antérieure Prior art
La spectroscopic par réflectance diffuse (DRS) est une technique de mesure non-invasive permettant l’étude de la structure et/ou de la composition d’un corps diffusant. Elle est notamment utilisée pour mesurer la concentration de chromophores dans un tissu biologique, par exemple pour mesurer le taux d’oxygénation et/ou le taux d’hydratation et/ou de glycémie des tissus cutanés. Diffuse reflectance spectroscopy (DRS) is a non-invasive measurement technique allowing the study of the structure and/or composition of a diffusing body. It is used in particular to measure the concentration of chromophores in biological tissue, for example to measure the oxygenation rate and/or the hydration and/or blood sugar level of skin tissues.
On a illustré à la figure 1 un exemple de mise en œuvre de DRS selon l’art antérieur pour l’étude d’un tissu cutané 1. Le tissu cutané 1 comprend un épiderme 2 et un derme 3. L’épiderme 2 recouvre le derme 3. L’épiderme 2 comprend des cellules d’épiderme 4 et le derme 3 comprend des cellules de derme 5 et des vaisseaux sanguins 6. Le tissu cutané 1 comprend également une couche cornée 7 composée de cellules mortes recouvrant l’épiderme 2. Figure 1 illustrates an example of implementation of DRS according to the prior art for the study of a skin tissue 1. The skin tissue 1 comprises an epidermis 2 and a dermis 3. The epidermis 2 covers the dermis 3. The epidermis 2 comprises epidermis cells 4 and the dermis 3 comprises dermis cells 5 and blood vessels 6. The skin tissue 1 also comprises a stratum corneum 7 composed of dead cells covering the epidermis 2.
Un dispositif pour la mise en œuvre de la DRS met généralement en œuvre une source lumineuse 10 émettant un rayonnement lumineux de longueur d’onde comprise entre 400 nm et 1700 nm dans le tissu cutané 1. Il comporte en outre des capteurs optiques 15i, 152 pour détecter une partie rétrodiffusée 20i, ou 202, du rayonnement lumineux qui a interagi avec le tissu cutané 1. A device for implementing DRS generally uses a light source 10 emitting light radiation of wavelength between 400 nm and 1700 nm in the skin tissue 1. It further comprises optical sensors 15i, 152 to detect a backscattered part 20i, or 202, of the light radiation which has interacted with the skin tissue 1.
Au cours de leur trajet au sein du tissu cutané 1, les photons du rayonnement lumineux sont absorbés, défléchis et/ou diffusés par les constituants 4-6 absorbants ou diffusants du tissu cutané 1. Les constituants 4-6 absorbants sont notamment les chromophores, par exemple l’eau, certains lipides, la mélanine, l’hémoglobine ou le glucose. Les constituants 4-6 diffusants sont notamment les mélanosomes, les cellules sanguines, le collagène, la kératine et certains lipides. Seule une partie 20i, 202, des photons est rétrodiffusé, c’est-à-dire qu’elle émerge par réflexion diffuse du côté du tissu cutané 1 par lequel le rayonnement lumineux a été introduit, et peut ainsi être détectée par un des capteurs optiques 15i, 152. During their journey within the skin tissue 1, the photons of light radiation are absorbed, deflected and/or diffused by the absorbing or diffusing constituents 4-6 of the skin tissue 1. The absorbing constituents 4-6 are in particular the chromophores, for example water, certain lipids, melanin, hemoglobin or glucose. Diffusing constituents 4-6 include melanosomes, blood cells, collagen, keratin and certain lipids. Only part 20i, 202 of the photons is backscattered, that is to say it emerges by diffuse reflection from the side of the skin tissue 1 through which the light radiation has been introduced, and can thus be detected by one of the sensors optics 15i, 152.
Le capteur optique 15i mesure la partie rétrodiffusée 20i du rayonnement lumineux afin d’étudier la structure et/ou la composition de l’épiderme 2. Le capteur optique 152 mesure la partie rétrodiffusée 2O2 du rayonnement lumineux afin d’étudier la structure et/ou la composition du derme 3. Comme illustré à la figure 1, la distance entre les capteurs 151, 152 et la source lumineuse 10 est choisie en fonction de la profondeur dans le tissu cutané 1 de la zone d’étude considérée. De même, les propriétés du rayonnement lumineux, notamment sa longueur d’onde et son angle d’incidence sur le tissu cutané 1, sont choisies en fonction des constituants 4-6 du tissu cutané 1 à étudier. The optical sensor 15i measures the backscattered part 20i of the light radiation in order to study the structure and/or composition of the epidermis 2. The optical sensor 152 measures the backscattered part 2O2 of the light radiation in order to study the structure and/or the composition of the dermis 3. As illustrated in Figure 1, the distance between the sensors 151, 152 and the light source 10 is chosen as a function of the depth in the skin tissue 1 of the study area considered. Likewise, the properties of the light radiation, in particular its wavelength and its angle of incidence on the skin tissue 1, are chosen according to the constituents 4-6 of the skin tissue 1 to be studied.
US 2020/0315473 Al décrit un système optique pour la spectroscopic par réflectance diffuse, le système optique comprenant une source lumineuse et un capteur optique espacés l’un de l’autre, le capteur optique mesurant la partie rétrodiffusée du rayonnement émis par la source lumineuse dans un corps diffusant en fonction de l’angle d’incidence au niveau du capteur optique. US 2020/0315473 Al describes an optical system for diffuse reflectance spectroscopy, the optical system comprising a light source and an optical sensor spaced from one another, the optical sensor measuring the backscattered portion of the radiation emitted by the light source in a diffusing body as a function of the angle of incidence at the optical sensor.
EP 6 598 943 Al décrit un dispositif optique pour la spectroscopic par réflectance diffuse, qui comprend une source lumineuse disposée sur un photodétecteur. Cependant, le dispositif optique décrit par EP 6 598 943 Al présente un mauvais contact optique avec un corps diffusant à étudier, c’est-à-dire qu’il y a des pertes conséquentes des photons rétrodiffusés par le corps diffusant à l’interface entre le dispositif optique et le corps diffusant. EP 6 598 943 A1 describes an optical device for diffuse reflectance spectroscopy, which comprises a light source arranged on a photodetector. However, the optical device described by EP 6 598 943 Al has poor optical contact with a diffusing body to be studied, that is to say that there are significant losses of photons backscattered by the diffusing body at the interface. between the optical device and the diffusing body.
Il n’existe pas de dispositif pour effectuer une mesure par DRS qui soit simple de mise en œuvre et qui en particulier assure un bon contact optique avec le corps à étudier. There is no device for carrying out a DRS measurement which is simple to implement and which in particular ensures good optical contact with the body to be studied.
Il existe donc un besoin pour un dispositif optique surmontant les inconvénients précités. There is therefore a need for an optical device overcoming the aforementioned drawbacks.
Exposé de l’invention Presentation of the invention
L’invention concerne un dispositif multicouche pour la spectroscopic par réflectance diffuse d’un corps diffusant et/ou absorbant, le dispositif optique comprenant : un substrat, un émetteur optique en couche et un détecteur optique en couche portés par une face du substrat et non- superposés l’un sur l’autre, l’émetteur optique comprenant au moins une source lumineuse pour émettre un rayonnement lumineux de longueur d’onde comprise entre 400 nm et 1700 nm vers le corps diffusant et/ou absorbant ; le détecteur optique comprenant au moins un capteur optique pour mesurer le rayonnement lumineux diffusé et réfléchi par le corps diffusant et/ou absorbant, le dispositif présentant une face de contact destinée à être en contact avec le corps diffusant et/ou absorbant, l’émetteur optique et le détecteur optique étant entièrement pris en sandwich entre la face de contact et le substrat. The invention relates to a multilayer device for diffuse reflectance spectroscopy of a diffusing and/or absorbing body, the optical device comprising: a substrate, a layered optical emitter and a layered optical detector carried by a face of the substrate and not superimposed on each other, the optical emitter comprising at least one light source for emitting light radiation of wavelength between 400 nm and 1700 nm towards the diffusing and/or absorbing body ; the optical detector comprising at least one optical sensor for measuring the light radiation scattered and reflected by the diffusing and/or absorbing body, the device having a contact face intended to be in contact with the diffusing and/or absorbing body, the transmitter optical and the optical detector being entirely sandwiched between the contact face and the substrate.
La conformation en couches sur le substrat de l’émetteur optique et du détecteur optique facilite la mise en œuvre d’une mesure par DRS par une simple mise en contact du dispositif avec le corps diffusant et/ou absorbant, par exemple par application manuelle du dispositif sur le corps diffusant et/ou absorbant. L’invention permet ainsi d’éviter notamment à l’utilisateur, après avoir positionné l’émetteur optique sur le corps diffusant et/ou absorbant, l’étape fastidieuse du positionnement du détecteur optique par rapport à l’émetteur optique, ou vice versa. The layered conformation on the substrate of the optical emitter and the optical detector facilitates the implementation of a DRS measurement by simply bringing the device into contact with the diffusing and/or absorbing body, for example by manual application of the device on the diffusing and/or absorbing body. The invention thus makes it possible for the user, after having positioned the optical transmitter on the diffusing and/or absorbing body, to avoid the tedious step of positioning the optical detector relative to the optical transmitter, or vice versa. .
Le dispositif est avantageusement portatif. Le porteur du dispositif est par exemple un animal ou un être humain. Il permet alors de mesurer par spectroscopic par réflectance diffuse la concentration de chromophores d’un tissu biologique, par exemple cutané du porteur. Il est ainsi possible, par exemple, de déterminer le taux d’oxygénation et/ou d’hydratation et/ou de glycémie du tissu cutané du porteur. The device is advantageously portable. The wearer of the device is for example an animal or a human being. It then makes it possible to measure by diffuse reflectance spectroscopically the concentration of chromophores in a biological tissue, for example the wearer's skin. It is thus possible, for example, to determine the rate of oxygenation and/or hydration and/or blood sugar levels of the wearer's skin tissue.
De préférence, la distance, mesurée selon l’épaisseur du substrat, entre la face de l’émetteur optique opposée au substrat et la face du détecteur optique opposée au substrat est inférieure ou égale à 100 pm, de préférence inférieure ou égale à 10 pm. Preferably, the distance, measured according to the thickness of the substrate, between the face of the optical emitter opposite the substrate and the face of the optical detector opposite the substrate is less than or equal to 100 pm, preferably less than or equal to 10 pm .
De préférence, la face de contact du dispositif, lorsqu’ observée selon une direction normale au substrat, s’étend sur une surface d’aire inférieure ou égale à 100 mm2, de préférence comprise entre 1 mm2 et 100 mm2. De préférence ladite face de contact présente une longueur et une largeur inférieures ou égales à 10 mm et supérieures ou égales à 1 mm. Ainsi, le contact optique entre le dispositif et le corps diffusant et/ou absorbant est optimal, notamment lorsque le corps diffusant et/ou absorbant est plus souple que le dispositif. Preferably, the contact face of the device, when observed in a direction normal to the substrate, extends over a surface area less than or equal to 100 mm 2 , preferably between 1 mm 2 and 100 mm 2 . Preferably said contact face has a length and a width less than or equal to 10 mm and greater than or equal to 1 mm. So, the optical contact between the device and the diffusing and/or absorbing body is optimal, particularly when the diffusing and/or absorbing body is more flexible than the device.
De préférence, afin d’assurer un contact optique optimal, la portion de la face de contact en vis-à-vis de l’émetteur optique et du détecteur optique a un écart de planéité inférieur ou égal à 100 pm, de préférence inférieur ou égal à 10 pm. L’écart de planéité correspond à la distance entre les deux plans parallèles les plus proches entre lesquels la portion de la face de contact est entièrement comprise. Preferably, in order to ensure optimal optical contact, the portion of the contact face facing the optical emitter and the optical detector has a flatness difference less than or equal to 100 pm, preferably less than or equal to 10 pm. The flatness difference corresponds to the distance between the two closest parallel planes between which the portion of the contact face is entirely included.
L’émetteur optique et le capteur optique sont de préférence espacés d’une distance inférieure à 50 mm, de préférence comprise entre 1 pm et 50 mm. De préférence, l’émetteur optique comporte plusieurs sources lumineuses et/ou le détecteur optique comporte plusieurs capteurs optiques, la source lumineuse et le capteur optique les plus éloignés l’un de l’autre sont de préférence distants de 8 mm. The optical transmitter and the optical sensor are preferably spaced at a distance of less than 50 mm, preferably between 1 pm and 50 mm. Preferably, the optical transmitter comprises several light sources and/or the optical detector comprises several optical sensors, the light source and the optical sensor furthest from each other are preferably 8 mm apart.
Le dispositif peut comprendre un générateur de courant électrique, par exemple une batterie autonome, pour alimenter électriquement l’émetteur optique et le détecteur optique. The device may include an electric current generator, for example an autonomous battery, to electrically power the optical transmitter and the optical detector.
De préférence, l’émetteur optique comporte une pluralité de sources lumineuses disposées régulièrement, par exemple périodiquement, sur le substrat. De préférence, au moins une des sources lumineuses est configurée pour émettre un rayonnement lumineux de longueur d’onde différente du rayonnement lumineux émis par au moins une autre des sources lumineuses, notamment par chacune des autres sources lumineuses. Preferably, the optical transmitter comprises a plurality of light sources arranged regularly, for example periodically, on the substrate. Preferably, at least one of the light sources is configured to emit light radiation of a wavelength different from the light radiation emitted by at least one other of the light sources, in particular by each of the other light sources.
De préférence, le détecteur optique comporte au moins deux capteurs optiques disposés régulièrement, par exemple périodiquement, sur le substrat. De préférence, le détecteur optique comprend au moins deux groupes de capteurs optiques configurés pour détecter des rayonnements lumineux diffusés et réfléchis par le corps diffusant et/ou absorbant de plages de longueur d’onde différentes l’un de l’autre. De préférence, le détecteur optique comprend un premier groupe de capteurs optiques configuré pour détecter les rayonnements lumineux de longueur d’onde comprise entre 450 nm et 650 nm, un deuxième groupe de capteurs optiques configuré pour détecter les rayonnements lumineux de longueur d’onde comprise entre 650 nm et 900 nm et un troisième groupe de capteurs optiques configuré pour détecter les rayonnements lumineux de longueur d’onde comprise entre 850 nm et 1600 nm. De cette façon, plusieurs types d’éléments diffusants et/ou absorbant, sensibles sur des plages de longueurs d’onde variées peuvent être étudiés par DRS. Par exemple, lors d’une analyse par spectroscopie par réflectance diffuse d’un tissu cutané, il est ainsi possible de détecter et quantifier les chromophores interférents qui perturbent l’étude des chromophores cibles, et d’ainsi diminuer le bruit de mesure dû à ces chromophores. Preferably, the optical detector comprises at least two optical sensors arranged regularly, for example periodically, on the substrate. Preferably, the optical detector comprises at least two groups of optical sensors configured to detect light radiation scattered and reflected by the diffusing and/or absorbing body of wavelength ranges different from each other. Preferably, the optical detector comprises a first group of optical sensors configured to detect light radiation of wavelength between 450 nm and 650 nm, a second group of optical sensors configured to detect light radiation of wavelength included between 650 nm and 900 nm and a third group of optical sensors configured to detect light radiation of wavelength between 850 nm and 1600 nm. In this way, several types of diffusing and/or absorbing elements, sensitive over various wavelength ranges, can be studied by DRS. For example, during a diffuse reflectance spectroscopy analysis of a skin tissue, it is thus possible to detect and quantify the interfering chromophores which disrupt the study of the target chromophores, and thus reduce the measurement noise due to these chromophores.
De préférence, le dispositif comprend une barrière opaque à au moins un rayonnement lumineux de longueur d’onde comprise entre 400 nm et 1700 nm, la barrière opaque étant portée par le substrat et agencée entre l’émetteur optique et le détecteur optique afin d’empêcher le rayonnement émis par la source lumineuse d’atteindre directement le capteur optique. Une telle barrière opaque diminue le bruit de mesure lors d’une mesure par DRS. Un rayonnement émis par une source lumineuse atteignant « directement » un capteur n’a pas subi de réflexion et/ou de réfraction entre son émission et sa réception. Notamment, il n’a pas été réfléchi par le corps diffusant et/ou absorbant et/ou n’a pas pénétré puis été réfracté par le corps diffusant et/ou absorbant. La barrière peut être un matériau métallique, polymérique, par exemple une résine, ou semi-conducteur. Preferably, the device comprises a barrier opaque to at least one light radiation of wavelength between 400 nm and 1700 nm, the opaque barrier being carried by the substrate and arranged between the optical emitter and the optical detector in order to prevent the radiation emitted by the light source from directly reaching the optical sensor. Such an opaque barrier reduces measurement noise during a DRS measurement. Radiation emitted by a light source reaching “directly” a sensor has not undergone reflection and/or refraction between its emission and its reception. In particular, it was not reflected by the diffusing and/or absorbing body and/or did not penetrate and then be refracted by the diffusing and/or absorbing body. The barrier can be a metallic, polymeric material, for example a resin, or semiconductor.
De préférence, chaque source lumineuse comprend au moins une couche photoémettrice, une anode et une cathode prenant en sandwich la couche photoémettrice et étant chacune électriquement connectée avec la couche photoémettrice. De préférence, l’anode est interposée entre la couche photoémettrice et le substrat. L’anode et/ou la cathode peuvent être en contact avec la couche photoémettrice. Notamment, la couche photoémettrice peut être déposée sur l’anode et/ou la cathode peut être déposée sur la couche photoémettrice. Une « couche photoémettrice » convertit un signal, notamment un courant, électrique en un rayonnement lumineux. Au moins une des sources lumineuses peut comprendre une pluralité de couches photoémettrices empilées les unes sur les autres avec l’anode et la cathode agencées de part et d’autre de l’empilement. Preferably, each light source comprises at least one light-emitting layer, an anode and a cathode sandwiching the light-emitting layer and each being electrically connected with the light-emitting layer. Preferably, the anode is interposed between the photoemitting layer and the substrate. The anode and/or the cathode may be in contact with the photoemitting layer. In particular, the photo-emitting layer can be deposited on the anode and/or the cathode can be deposited on the photo-emitting layer. A “photo-emitting layer” converts a signal, in particular an electrical current, into light radiation. At least one of the light sources may comprise a plurality of photo-emitting layers stacked on top of each other with the anode and the cathode arranged on either side of the stack.
De préférence, la couche photoémettrice est choisie parmi une diode électroluminescente, une boîte quantique et une diode laser. La diode électroluminescente peut être organique ou inorganique. Par exemple elle est en GaN, ou en AlInGaP, ou en InP, ou en Alqa. ou en DCM, ou en Ir(ppy)3, ou en FIrPic, ou en DABNA. Une boîte quantique est un matériau nanocristallin en semi-conducteur, par exemple en germanium (Ge) ou en arséniure d’indium gallium (InGaAs), se comportant comme un puits de potentiel confinant les charges électriques dans les trois dimensions de l’espace. La diode laser peut être une diode laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL). Preferably, the photoemitting layer is chosen from a light-emitting diode, a quantum dot and a laser diode. The light-emitting diode can be organic or inorganic. For example it is made of GaN, or AlInGaP, or InP, or Alqa. or in DCM, or in Ir(ppy)3, or in FIrPic, or in DABNA. A quantum dot is a nanocrystalline semiconductor material, for example germanium (Ge) or indium gallium arsenide (InGaAs), behaving like a potential well confining the electric charges in the three dimensions of space. The laser diode may be a vertical cavity surface emitting laser diode (VCSEL).
De préférence, l’émetteur optique comprend au moins un mur électriquement isolant agencé entre deux sources lumineuses adjacentes de sorte à isoler électriquement l’anode d’une des deux sources lumineuses de l’anode de l’autre des deux sources lumineuses. De préférence, le mur isolant est en résine isolante, ou un oxyde, ou un semi-conducteur, ou un métal. De préférence, le mur isolant est opaque à au moins une, de préférence à toutes les longueurs d’ondes comprises entre 400 nm et 1700 nm. Preferably, the optical transmitter comprises at least one electrically insulating wall arranged between two adjacent light sources so as to electrically isolate the anode of one of the two light sources from the anode of the other of the two light sources. Preferably, the insulating wall is made of insulating resin, or an oxide, or a semiconductor, or a metal. Preferably, the insulating wall is opaque at at least one, preferably at all wavelengths between 400 nm and 1700 nm.
De préférence, chaque capteur optique comprend au moins une couche photosensible, une anode et une cathode prenant en sandwich la couche photosensible et étant chacune électriquement connectée avec la couche photosensible. De préférence, l’anode est interposée entre la couche photosensible et le substrat. L’anode et/ou la cathode peuvent être en contact avec la couche photosensible. Notamment, la couche photosensible peut être déposée sur l’anode et/ou la cathode peut être déposée sur la couche photosensible. Une « couche photosensible » convertit un rayonnement lumineux en un signal électrique, notamment un courant. Au moins un des capteurs optiques peut comprendre un empilement de couches photosensibles superposées les unes aux autres avec l’anode et la cathode agencées de part et d’autre de l’empilement. Preferably, each optical sensor comprises at least one photosensitive layer, an anode and a cathode sandwiching the photosensitive layer and each being electrically connected with the photosensitive layer. Preferably, the anode is interposed between the photosensitive layer and the substrate. The anode and/or the cathode may be in contact with the photosensitive layer. In particular, the photosensitive layer can be deposited on the anode and/or the cathode can be deposited on the photosensitive layer. A “photosensitive layer” converts light radiation into an electrical signal, in particular a current. At least one of the optical sensors may comprise a stack of photosensitive layers superimposed on one another with the anode and the cathode arranged on either side of the stack.
De préférence, la couche photosensible est choisie parmi un photodétecteur en silicium et/ou en germanium, un photodétecteur organique, par exemple à base de ZnPc préférentiellement dopé au CÔO, et une boîte quantique. Preferably, the photosensitive layer is chosen from a silicon and/or germanium photodetector, an organic photodetector, for example based on ZnPc preferably doped with CÔO, and a quantum dot.
La cathode de la source lumineuse et/ou la cathode du capteur optique peuvent être en un matériau transparent à au moins une, de préférence toutes les longueurs d’onde comprises entre 400 nm et 1700 nm. Ledit matériau transparent peut être choisi parmi un métal ou un alliage, en oxyde transparent conducteur (TCO), par exemple choisi parmi l’oxyde d’indium- étain (ITO), le dioxyde d’étain (SnO2), un bicouche titane/nitrure de titane (Ti/TiN), l’aluminium (Al), et l’argent (Ag). La cathode de la source lumineuse et/ou la cathode du capteur optique peuvent présenter chacune une épaisseur comprise entre 10 nm et 30 nm. The cathode of the light source and/or the cathode of the optical sensor may be made of a material transparent to at least one, preferably all, wavelengths between 400 nm and 1700 nm. Said transparent material can be chosen from a metal or an alloy, in transparent conductive oxide (TCO), for example chosen from indium-tin oxide (ITO), tin dioxide (SnO2), a titanium/titanium bilayer. titanium nitride (Ti/TiN), aluminum (Al), and silver (Ag). The cathode of the light source and/or the cathode of the optical sensor may each have a thickness of between 10 nm and 30 nm.
Au moins deux des sources lumineuses peuvent partager une même cathode. Au moins deux des capteurs optiques peuvent partager une même cathode. At least two of the light sources can share the same cathode. At least two of the optical sensors can share the same cathode.
L’anode de la source lumineuse et/ou l’anode du capteur optique peuvent être un matériau choisi parmi un métal ou un alliage, un oxyde conducteur, par exemple l’oxyde d’indium- étain (ITO), un bicouche titane/nitrure de titane (Ti/TiN), l’argent (Ag), l’aluminium (Al), le germanium (Ge), le nickel (Ni), et l’or (Au). De préférence, l’anode de la source lumineuse et/ou l’anode du capteur optique est en un matériau réfléchissant. L’anode de la source lumineuse et/ou l’anode du capteur optique peuvent présenter chacune une épaisseur comprise entre 5 nm et 50 nm, de préférence entre 5 nm et 30 nm. The anode of the light source and/or the anode of the optical sensor may be a material chosen from a metal or an alloy, a conductive oxide, for example indium-tin oxide (ITO), a titanium/bilayer. titanium nitride (Ti/TiN), silver (Ag), aluminum (Al), germanium (Ge), nickel (Ni), and gold (Au). Preferably, the anode of the light source and/or the anode of the optical sensor is made of a reflective material. The anode of the light source and/or the anode of the optical sensor may each have a thickness of between 5 nm and 50 nm, preferably between 5 nm and 30 nm.
De préférence, le détecteur optique comprend au moins un mur électriquement isolant agencé entre deux capteurs optiques adjacents de sorte à isoler électriquement la couche photosensible et l’anode d’un des deux capteurs optiques de la couche photosensible et de l’anode de l’autre des deux capteurs optiques. De préférence le mur électriquement isolant du détecteur optique est en une résine électriquement isolante, ou un oxyde, ou un semi- conducteur, ou un métal. De préférence, il est opaque à au moins une, de préférence à toutes les longueurs d’ondes comprises entre 400 nm et 1700 nm. Preferably, the optical detector comprises at least one electrically insulating wall arranged between two adjacent optical sensors so as to electrically isolate the photosensitive layer and the anode of one of the two optical sensors of the photosensitive layer and the anode of the other of the two optical sensors. Preferably the electrically insulating wall of the optical detector is made of an electrically insulating resin, or an oxide, or a semiconductor, or a metal. Preferably, it is opaque at at least one, preferably at all wavelengths between 400 nm and 1700 nm.
De préférence, selon un axe d’observation normal au substrat, l’aire du substrat est supérieure ou égale à somme de l’aire de l’émetteur optique et de l’aire du détecteur optique et, le cas échéant, l’aire de la barrière opaque. De préférence, le substrat s’étend sur une surface d’aire inférieure ou égale à 100 mm2, de préférence inférieur ou égale à 50 mm2, de préférence inférieure ou égale à 25 mm2. Preferably, along an observation axis normal to the substrate, the area of the substrate is greater than or equal to the sum of the area of the optical emitter and the area of the optical detector and, where appropriate, the area of the opaque barrier. Preferably, the substrate extends over a surface area less than or equal to 100 mm 2 , preferably less than or equal to 50 mm 2 , preferably less than or equal to 25 mm 2 .
De préférence, le dispositif comprend un via électriquement conducteur en contact électrique avec l’anode et traversant le substrat de part en part selon l’épaisseur du substrat. De préférence, le via est en semi-conducteur dopé N ou P, ou en métal ou en alliage métallique, par exemple en tungstène (W), ou en cuivre (Cu), ou en aluminium (Al), ou un bicouche de titane/nitrure de titane (Ti/TiN). Il permet ainsi d’établir une liaison électrique avec l’anode à partir du côté du substrat opposé à la face de contact. Il permet notamment le pilotage de l’anode par un circuit intégré de type CMOS. Dans la variante où plusieurs anodes sont disposées sur le substrat, le dispositif comporte plusieurs vias qui chacun connectent une des anodes et traverse le substrat de part en part. De manière alternative, le dispositif peut comprendre une ou des pistes électriquement conductrices en contact électrique avec l’anode et s’étendant au-delà de la portion du substrat portant l’émetteur optique et le détecteur optique. La ou les pistes électriquement conductrices peuvent être agencées dans l’épaisseur du substrat. Preferably, the device comprises an electrically conductive via in electrical contact with the anode and passing through the substrate right through depending on the thickness of the substrate. Preferably, the via is made of an N or P doped semiconductor, or of a metal or metal alloy, for example tungsten (W), or copper (Cu), or aluminum (Al), or a bilayer of titanium. /titanium nitride (Ti/TiN). It thus makes it possible to establish an electrical connection with the anode from the side of the substrate opposite the contact face. It notably allows the control of the anode by a CMOS type integrated circuit. In the variant where several anodes are arranged on the substrate, the device comprises several vias which each connect one of the anodes and pass through the substrate right through. Alternatively, the device may comprise one or more electrically conductive tracks in electrical contact with the anode and extending beyond the portion of the substrate carrying the optical emitter and the optical detector. The electrically conductive track(s) can be arranged in the thickness of the substrate.
Le substrat peut être rigide ou souple. Contrairement à un substrat rigide, un substrat souple se déforme élastiquement sous l’effet de son propre poids. Un substrat souple permet, avantageusement, de conformer le dispositif au corps diffusant et/ou absorbant, pour améliorer le contact optique. The substrate can be rigid or flexible. Unlike a rigid substrate, a flexible substrate deforms elastically under the effect of its own weight. A flexible substrate advantageously makes it possible to conform the device to the diffusing and/or absorbing body, to improve optical contact.
Le substrat peut être en un matériau choisi parmi le silicium, un polymère, et un verre. Il peut comporter une portion en silicium portée par un support électriquement isolant. The substrate may be made of a material chosen from silicon, a polymer, and a glass. It may include a silicon portion carried by an electrically insulating support.
De préférence, le substrat peut porter un plot de contact électrique connecté électriquement à la ou les cathodes et agencé à distance de la portion du substrat portant l’émetteur optique et le détecteur optique. Preferably, the substrate can carry an electrical contact pad electrically connected to the cathode(s) and arranged at a distance from the portion of the substrate carrying the optical emitter and the optical detector.
De préférence, le dispositif comprend un revêtement transparent à au moins une, de préférence à toutes les longueurs d’onde comprise entre 400 nm et 1700 nm, recouvrant la face de l’émetteur optique et la face du détecteur optique opposées au substrat. De préférence, le revêtement transparent est en alumine (AI2O3), ou en monoxyde de silicium (SiO), ou en résine organique, ou en un multicouche formé des matériaux précités. De préférence, le revêtement transparent présente une épaisseur inférieure ou égale à 10 pm. Preferably, the device comprises a transparent coating at at least one, preferably at all wavelengths between 400 nm and 1700 nm, covering the face of the optical emitter and the face of the optical detector opposite the substrate. Preferably, the transparent coating is made of alumina (AI2O3), or of silicon monoxide (SiO), or of organic resin, or of a multilayer formed of the aforementioned materials. Preferably, the transparent coating has a thickness less than or equal to 10 μm.
De préférence, le dispositif comporte un absorbeur optique agencé entre l’émetteur optique et le détecteur optique, l’absorbeur optique comprenant une face confondue avec la face de contact. L’absorbeur optique empêche les réflexions du rayonnement lumineux à l’interface entre le corps diffusant et/ou absorbant et l’absorbeur optique., De préférence, l’absorbeur optique présente un indice de réfraction supérieur à 1,3, voire supérieur à 1,4. L’absorbeur optique peut comporter, voire être constitué par, la barrière opaque. Preferably, the device comprises an optical absorber arranged between the optical emitter and the optical detector, the optical absorber comprising a face merging with the contact face. The optical absorber prevents reflections of light radiation at the interface between the diffusing and/or absorbing body and the optical absorber. Preferably, the optical absorber has a refractive index greater than 1.3, or even greater than 1.4. The optical absorber may include, or even consist of, the opaque barrier.
Le dispositif peut comprendre un absorbeur optique additionnel agencé entre deux capteurs optiques adjacents, l’absorbeur optique additionnel comprenant une face confondue avec la face de contact et présentant un indice de réfraction supérieur à 1,3, voire supérieur à 1,4. Ledit absorbeur optique additionnel peut être formé à partir d’un des murs isolants. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un dispositif selon l’invention, le procédé comprenant le dépôt de couches sur le substrat pour former l’émetteur optique et le détecteur optique. The device may comprise an additional optical absorber arranged between two adjacent optical sensors, the additional optical absorber comprising a face merging with the contact face and having a refractive index greater than 1.3, or even greater than 1.4. Said additional optical absorber can be formed from one of the insulating walls. The invention also relates to a method of manufacturing a device according to the invention, the method comprising depositing layers on the substrate to form the optical emitter and the optical detector.
Par ailleurs, l’invention concerne l’utilisation d’au moins un dispositif selon l’invention pour la spectroscopie par réflectance diffuse d’un corps diffusant et/ou absorbant, de préférence le corps diffusant et/ou absorbant étant organique, par exemple un aliment d’origine animale, végétale ou fongique, ou un tissu biologique, en particulier humain ou animal. Furthermore, the invention relates to the use of at least one device according to the invention for diffuse reflectance spectroscopy of a diffusing and/or absorbing body, preferably the diffusing and/or absorbing body being organic, for example a food of animal, plant or fungal origin, or biological tissue, in particular human or animal.
L’utilisation peut comprendre : Use may include:
- l’irradiation du corps diffusant et/ou absorbant par un rayonnement lumineux émis par l’émetteur optique du dispositif, - the irradiation of the diffusing and/or absorbing body by light radiation emitted by the optical transmitter of the device,
- la détection, par le détecteur optique du même dispositif que l’émetteur optique ayant irradié le corps diffusant et/ou absorbant, d’une partie rétrodiffusée par le corps diffusant et/ou absorbant du rayonnement lumineux, et/ou, d’une partie du rayonnement lumineux réfléchie par la surface du corps diffusant et/ou absorbant. - the detection, by the optical detector of the same device as the optical transmitter having irradiated the diffusing and/or absorbing body, of a part backscattered by the diffusing and/or absorbing body of the light radiation, and/or, of a part of the light radiation reflected by the surface of the diffusing and/or absorbing body.
L’utilisation peut comprendre le calibrage du détecteur optique et/ou de l’émetteur optique à partir de la détection de la partie du rayonnement lumineux réfléchie par la surface du corps diffusant et/ou absorbant de sorte à limiter le bruit de mesure lors d’une spectroscopie par réflectance diffuse. La partie du rayonnement lumineux réfléchie par la surface du corps diffusant et/ou absorbant également dénommée réflexion spéculaire, dépend du corps diffusant et/ou absorbant. Par exemple, pour un tissu cutané, la réflexion spéculaire est dépendante de la carnation dudit tissu. The use may include the calibration of the optical detector and/or the optical transmitter based on the detection of the part of the light radiation reflected by the surface of the diffusing and/or absorbing body so as to limit the measurement noise during Diffuse reflectance spectroscopy. The part of the light radiation reflected by the surface of the diffusing and/or absorbing body, also called specular reflection, depends on the diffusing and/or absorbing body. For example, for skin tissue, the specular reflection depends on the skin tone of said tissue.
L’utilisation peut comprendre : Use may include:
- l’irradiation du corps diffusant et/ou absorbant par d’au moins deux rayonnements lumineux de longueur d’onde différente émis par l’émetteur optique, - the irradiation of the diffusing and/or absorbing body with at least two light rays of different wavelength emitted by the optical transmitter,
- pour chacun des rayonnements lumineux émis, la détection, par le détecteur optique du même dispositif que l’émetteur optique ayant irradié le corps diffusant, d’une partie rétrodiffusée par le corps diffusant et/ou absorbant du rayonnement lumineux correspondant,- for each of the light rays emitted, the detection, by the optical detector of the same device as the optical emitter having irradiated the diffusing body, of a part backscattered by the body diffusing and/or absorbing the corresponding light radiation,
- la détermination, à partir des détections desdites parties rétrodiffusées, de la longueur d’onde adaptée à l’étude du constituant du corps diffusant et/ou absorbant considéré. Une pluralité de dispositifs selon l’invention peut être utilisée pour la mise en œuvre d’une spectroscopic par réflectance diffuse. La mesure peut se faire de manière impulsionnelle et/ou fréquentielle. - the determination, from the detections of said backscattered parts, of the wavelength adapted to the study of the constituent of the diffusing and/or absorbing body considered. A plurality of devices according to the invention can be used for the implementation of diffuse reflectance spectroscopy. The measurement can be done in an impulse and/or frequency manner.
D’autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes. Other advantages and characteristics will become clearer on reading the detailed description, given for illustrative and non-limiting purposes, with reference to the following figures.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
[Fig 1] La figure 1 est une représentation schématique en coupe transversale d’un exemple de mise en œuvre d’une mesure par spectroscopic par réflectance diffuse connue de l’art antérieur. [Fig 1] Figure 1 is a schematic cross-sectional representation of an example of implementing a diffuse reflectance spectroscopic measurement known from the prior art.
[Fig 2] [Fig 3] [Fig 4] [Fig 5] Les figures 2 à 5 sont des vues schématiques en coupe transversale de différents exemples du dispositif multicouche selon l’invention. [Fig 2] [Fig 3] [Fig 4] [Fig 5] Figures 2 to 5 are schematic cross-sectional views of different examples of the multilayer device according to the invention.
[Fig 6] La figure 6 est une vue schématique du dessus d’un exemple du dispositif multicouche selon l’invention. [Fig 6] Figure 6 is a schematic top view of an example of the multilayer device according to the invention.
[Fig 7], [Fig 8], [Fig 9] et [Fig 10] Les figures 7 à 10 sont des représentations schématiques en coupe transversale illustrant différents exemples d’utilisation du dispositif selon l’invention pour la spectroscopic par réflectance diffuse d’un corps diffusant et/ou absorbant. [Fig 7], [Fig 8], [Fig 9] and [Fig 10] Figures 7 to 10 are schematic representations in cross section illustrating different examples of use of the device according to the invention for diffuse reflectance spectroscopy. 'a diffusing and/or absorbing body.
[Fig 11], [Fig 12], [Fig 13], [Fig 14], [Fig 15], [Fig 16], [Fig 17], [Fig 18], et [Fig 19] Les figures 11 à 19 sont des vues schématiques en coupe transversale des différentes étapes d’un exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication du dispositif selon l’invention. [Fig 11], [Fig 12], [Fig 13], [Fig 14], [Fig 15], [Fig 16], [Fig 17], [Fig 18], and [Fig 19] Figures 11 to 19 are schematic cross-sectional views of the different stages of an example of implementation of the method of manufacturing the device according to the invention.
Description détaillée detailed description
Dans les figures, les différents éléments constituant le dispositif selon l’invention ainsi que le milieu diffusant et/ou absorbant ne sont pas représentés à l’échelle, par souci de clarté du dessin. In the figures, the different elements constituting the device according to the invention as well as the diffusing and/or absorbing medium are not represented to scale, for the sake of clarity of the drawing.
La figure 1 a été décrite ci-dessus. Figure 1 was described above.
On a illustré à la figure 2 un premier exemple de réalisation d’un dispositif 25 multicouche selon l’invention. Le dispositif 25 comprend un substrat 30, présentant une face 31, un émetteur optique 35 et un détecteur optique 40 en contact de la face 31. Le dispositif 25 comprend en outre une barrière opaque 45 portée par le substrat 30 et agencée entre l’émetteur optique 35 et le détecteur optique 40. La barrière opaque forme une paroi empêchant la transmission directe d’un rayonnement lumineux émis par l’émetteur optique 35 au détecteur optique 40. Figure 2 illustrates a first embodiment of a multilayer device according to the invention. The device 25 comprises a substrate 30, having a face 31, a optical emitter 35 and an optical detector 40 in contact with the face 31. The device 25 further comprises an opaque barrier 45 carried by the substrate 30 and arranged between the optical emitter 35 and the optical detector 40. The opaque barrier forms a wall preventing the direct transmission of light radiation emitted by the optical transmitter 35 to the optical detector 40.
L’émetteur optique 35 comprend deux sources lumineuses 50i et 502 pour émettre un rayonnement lumineux de longueur d’onde comprise entre 400 nm et 1700 nm. Il comporte en outre un mur électriquement isolant 55 agencé entre les sources lumineuses 50i et 502. The optical transmitter 35 comprises two light sources 50i and 502 to emit light radiation of wavelength between 400 nm and 1700 nm. It further comprises an electrically insulating wall 55 arranged between the light sources 50i and 502.
Chacune des sources lumineuses 50i, respectivement 502, comprend une anode 60i, respectivement 6O2, une couche photoémettrice 65i, respectivement 652, et une cathode 70 commune aux deux sources lumineuses 50i et 502. La couche photoémettrice 65i, respectivement 652, est prise en sandwich entre la cathode 70 et l’anode 6O1, respectivement 6O2. Ainsi, en appliquant un courant électrique entre la cathode 70 et l’anode 6O1 ou 6O2, la couche photoémettrice 651 ou 652 émet un rayonnement lumineux. Les couches photoémettrices 651 et 652 émettent des rayonnements lumineux de longueur(s) d’onde différente(s) l’une de l’autre. Each of the light sources 50i, respectively 502, comprises an anode 60i, respectively 6O2, a photo-emitting layer 65i, respectively 652, and a cathode 70 common to the two light sources 50i and 502. The photo-emitting layer 65i, respectively 652, is sandwiched between the cathode 70 and the anode 6O1, respectively 6O2. Thus, by applying an electric current between the cathode 70 and the anode 6O1 or 6O2, the photoemitting layer 651 or 652 emits light radiation. The photoemitting layers 651 and 652 emit light radiation of wavelength(s) different from each other.
Par ailleurs, le détecteur optique 40 comprend deux capteurs optiques 751 et 752. Il comporte en outre un mur électriquement isolant 80 agencé entre les capteurs optiques 751 et 752. Furthermore, the optical detector 40 comprises two optical sensors 751 and 752. It further comprises an electrically insulating wall 80 arranged between the optical sensors 751 and 752.
Chaque capteur optique 751, respectivement 752, comprend une anode 851, respectivement 852, une première couche photosensible 90i, respectivement 902, une deuxième couche photosensible 95i, respectivement 952, et une cathode 72. Les première et deuxième couches photosensibles 90i et 951 , respectivement 902 et 952, sont prises en sandwich entre la cathode 72 et l’anode 85i, respectivement 852. Ainsi, lorsqu’un rayonnement lumineux atteint au moins une des première et deuxième couches photosensibles 90i et 951 ou 902 et 952, celle- ci convertit ce rayonnement en courant électrique. La première couche photosensible 90i ou 902 peut être configurée pour convertir les rayonnements lumineux de longueur d’onde comprise dans une première plage, par exemple de 400 nm à 900 nm, et, la deuxième couche photosensible 951 ou 952 peut être configurée pour convertir les rayonnements lumineux de longueur d’onde comprise dans une deuxième plage différente de la première plage, par exemple de 850 nm à 1700 nm. Par ailleurs, le mur électriquement isolant 80 isole électriquement les anodes 85i et 852 l’une de l’autre et les premières et deuxièmes couches photosensibles 90i, 9( , 95i et 952 d’un capteur optique 751 ou 752 à l’autre 751 ou 752. Each optical sensor 751, respectively 752, comprises an anode 851, respectively 852, a first photosensitive layer 90i, respectively 902, a second photosensitive layer 95i, respectively 952, and a cathode 72. The first and second photosensitive layers 90i and 951, respectively 902 and 952, are sandwiched between the cathode 72 and the anode 85i, respectively 852. Thus, when light radiation reaches at least one of the first and second photosensitive layers 90i and 951 or 902 and 952, the latter converts this radiation into electric current. The first photosensitive layer 90i or 902 can be configured to convert light radiation of wavelength included in a first range, for example from 400 nm to 900 nm, and the second photosensitive layer 951 or 952 can be configured to convert the light radiation of wavelength included in a second range different from the first range, for example from 850 nm to 1700 nm. Furthermore, the electrically insulating wall 80 insulates electrically the anodes 85i and 852 from each other and the first and second photosensitive layers 90i, 9 (, 95i and 952 from one optical sensor 751 or 752 to the other 751 or 752.
Comme cela est illustré à la figure 2, la cathode 70 est commune à chacune des sources lumineuses 50i et 502 et la cathode 72 est commune à chacun de capteurs optiques 75i et 752. Lors d’une spectroscopic par réflectance diffuse d’un corps diffusant et/ou absorbant, le dispositif 25 est mis en contact avec le dit corps diffusant et/ou absorbant en appliquant la face de contact 71 du dispositif 25 opposée au substrat 30 contre le corps diffusant et/ou absorbant. Dans l’exemple de la figure 2, la face de contact 71 est constituée des faces de la cathode 70 et de la cathode 72 opposées, respectivement, aux couches photosensibles 85i, 852 et aux couches photoémettrices 651, 652. Par ailleurs, le rayonnement lumineux émis par la couche photoémettrice 65i ou 652 est transmis à travers la cathode 70 transparente, jusqu’au corps diffusant et/ou absorbant, puis une partie de ce rayonnement lumineux est rétrodiffusé par le corps diffusant et/ou absorbant et transmis à travers la cathode 72 jusqu’aux couches photosensibles 90i, 902, 95i et 952. As illustrated in Figure 2, the cathode 70 is common to each of the light sources 50i and 502 and the cathode 72 is common to each of the optical sensors 75i and 752. During a spectroscopic by diffuse reflectance of a diffusing body and/or absorbent, the device 25 is brought into contact with said diffusing and/or absorbing body by applying the contact face 71 of the device 25 opposite the substrate 30 against the diffusing and/or absorbing body. In the example of Figure 2, the contact face 71 consists of the faces of the cathode 70 and the cathode 72 opposite, respectively, the photosensitive layers 85i, 852 and the photoemitting layers 651, 652. Furthermore, the radiation light emitted by the photoemitting layer 65i or 652 is transmitted through the transparent cathode 70, to the diffusing and/or absorbing body, then part of this light radiation is backscattered by the diffusing and/or absorbing body and transmitted through the cathode 72 to photosensitive layers 90i, 902, 95i and 952.
D’autre part, le substrat 30 comprend des vias 100 traversant de part en part le substrat 30 de sorte à établir un contact électrique de chacune des anodes 60i, 6O2, 85i et 852 à travers le substrat 30. De cette façon, l’alimentation électrique de l’émetteur optique 35 et du détecteur optique 40 peut être effectuée à l’opposé de la face de contact 71. On évite ainsi que la qualité du contact optique ne soit entravée par une circuiterie d’alimentation électrique du dispositif 25. On the other hand, the substrate 30 comprises vias 100 passing right through the substrate 30 so as to establish electrical contact of each of the anodes 60i, 6O2, 85i and 852 through the substrate 30. In this way, the electrical power supply of the optical transmitter 35 and the optical detector 40 can be carried out opposite the contact face 71. This prevents the quality of the optical contact from being hampered by electrical power supply circuitry of the device 25.
On a illustré à la figure 3 un deuxième exemple de dispositif 25 qui diffère de l’exemple illustré par la figure 2 par le fait que chacune des sources lumineuses 50i, respectivement 502, comprend une première couche photoémettrice 651, respectivement 652, et une deuxième couche photoémettrice 661, respectivement 662. Les première et deuxième couches photoémettrices 65i et 661, respectivement 652 et 662, sont empilées l’une sur l’autre. Elles sont prises en sandwich entre la cathode 70 et l’anode 6O1, respectivement 6O2. We have illustrated in Figure 3 a second example of device 25 which differs from the example illustrated in Figure 2 in that each of the light sources 50i, respectively 502, comprises a first photoemitting layer 651, respectively 652, and a second light-emitting layer 661, respectively 662. The first and second light-emitting layers 65i and 661, respectively 652 and 662, are stacked one on top of the other. They are sandwiched between cathode 70 and anode 6O1, respectively 6O2.
Le troisième exemple de dispositif 25 illustré sur la figure 4 diffère de l’exemple illustré sur la figure 2 par le fait que le substrat 30 porte un plot de contact électrique 105 en périphérie du substrat 30. Le plot de contact électrique 105 est connecté électriquement à la cathode 70. Il facilite l’alimentation électrique de la cathode 70 pour appliquer un courant électrique entre la cathode 70 et l’anode 60i ou 6O2. De plus, il facilite la mesure du signal électrique produit par une des couches photosensibles 90i, 9Û2, 95i et 952. Notamment, lors d’une mesure par DRS, la cathode 70 est mise en contact avec le corps diffusant et/ou absorbant ou prise en sandwich entre le corps diffusant et/ou absorbant et le substrat 30. Le plot de contact électrique 105 rend plus accessible le contact électrique avec la cathode 70 pour un appareil d’alimentation et/ou de mesure de signal électrique. The third example of device 25 illustrated in Figure 4 differs from the example illustrated in Figure 2 in that the substrate 30 carries an electrical contact pad 105 on the periphery of the substrate 30. The electrical contact pad 105 is electrically connected to the cathode 70. It facilitates the electrical supply of the cathode 70 to apply an electric current between the cathode 70 and the anode 60i or 6O2. In addition, it facilitates the measurement of the electrical signal produced by one of the photosensitive layers 90i, 902, 95i and 952. In particular, during a DRS measurement, the cathode 70 is brought into contact with the diffusing and/or absorbing body or sandwiched between the diffusing and/or absorbing body and the substrate 30. The electrical contact pad 105 makes electrical contact with the cathode 70 more accessible for an electrical signal power supply and/or measuring device.
Comme cela est également représenté par la figure 4, l’émetteur optique 35 et le détecteur optique 40 ne présentent pas les mêmes hauteurs hi et I12 mesurées à partir du substrat selon un axe parallèle à l’épaisseur du substrat. Il en résulte une distance di entre la face 36 de l’émetteur optique 35 et la face 41 du détecteur optique 40 qui sont chacune opposées au substrat 30. De préférence, la distance di est inférieure à 100 pm, afin d’assurer un bon contact optique. Par ailleurs, dans le mode de réalisation représenté par la figure 4, l’écart de planéité de la face de contact 71 est au plus égal à la distance di. Une diminution de la distance di entraine, avantageusement, une diminution de l’écart de planéité. As is also shown in Figure 4, the optical emitter 35 and the optical detector 40 do not have the same heights hi and I12 measured from the substrate along an axis parallel to the thickness of the substrate. This results in a distance di between the face 36 of the optical emitter 35 and the face 41 of the optical detector 40 which are each opposite the substrate 30. Preferably, the distance di is less than 100 pm, in order to ensure good optical contact. Furthermore, in the embodiment shown in Figure 4, the flatness difference of the contact face 71 is at most equal to the distance di. A reduction in the distance advantageously leads to a reduction in the flatness difference.
On a illustré à la figure 5 un quatrième exemple de dispositif 25 qui diffère de celui illustré sur la figure 4 par le fait qu’il comprend un revêtement 110 transparent pour les longueurs d’onde comprise entre 400 nm et 1700 nm. Le revêtement 110 est disposé au contact de la cathode 70 et de la cathode 72. Il recouvre l’émetteur optique 35 et le détecteur optique 40. L’émetteur optique 35 et le détecteur optique 40 sont pris en sandwich entre le substrat 30 et le revêtement 110. Le revêtement 110 protège l’émetteur optique 35 et le détecteur optique 40, ce qui est particulièrement avantageux si ces derniers sont composés au moins en partie de matériaux organiques. Lors d’une mesure par DRS, le dispositif 25 est disposé sur le corps diffusant et/ou absorbant avec le revêtement 110 en contact avec le corps diffusant et/ou absorbant. Ainsi, la face de contact du dispositif est la face 111 du revêtement 110 opposée au substrat 30. We have illustrated in Figure 5 a fourth example of device 25 which differs from that illustrated in Figure 4 in that it comprises a transparent coating 110 for wavelengths between 400 nm and 1700 nm. The coating 110 is placed in contact with the cathode 70 and the cathode 72. It covers the optical emitter 35 and the optical detector 40. The optical emitter 35 and the optical detector 40 are sandwiched between the substrate 30 and the coating 110. The coating 110 protects the optical emitter 35 and the optical detector 40, which is particularly advantageous if the latter are composed at least in part of organic materials. During a DRS measurement, the device 25 is placed on the diffusing and/or absorbing body with the coating 110 in contact with the diffusing and/or absorbing body. Thus, the contact face of the device is the face 111 of the coating 110 opposite the substrate 30.
Comme cela est également représenté par la figure 5, le revêtement 110 comprend une marche 112 causée par la distance di entre la face 36 de l’émetteur optique 35 et la face 41 du détecteur optique 40. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 5, la marche 112 présente une hauteur d2 égale à la distance di. Toutefois, il peut être avantageux de diminuer la hauteur d2 de la marche 112 en réalisant un revêtement 110 d’épaisseur non-uniforme, afin de diminuer l’écart de planéité de la face de contact 111 du dispositif 25. Il est notamment envisageable que la hauteur d2 de la marche 112 et l’écart de planéité de la face de contact 111 soient sensiblement égales à 0 pm. As is also shown in Figure 5, the coating 110 comprises a step 112 caused by the distance di between the face 36 of the optical emitter 35 and the face 41 of the optical detector 40. In the embodiment illustrated in the figure 5, the step 112 has a height d2 equal to the distance di. However, it may be advantageous to reduce the height d2 of the step 112 by producing a coating 110 of non-uniform thickness, in order to reduce the difference in flatness of the contact face 111 of the device 25. It is in particular it is possible that the height d2 of the step 112 and the flatness difference of the contact face 111 are substantially equal to 0 pm.
On a illustré à la figure 6 une vue du dessus d’un autre exemple de dispositif 25 selon l’invention. L’émetteur optique 35 comprend dix sources lumineuses 50i-50w disposées périodiquement sur le substrat 30 selon cinq lignes et deux colonnes. Le détecteur optique 40 comprend douze capteurs optiques 751-7512 disposés périodiquement sur le substrat 30 selon quatre lignes et trois colonnes. Les nombres et dispositions des sources lumineuses et capteurs optiques ne sont pas limitatifs. D’autres dispositions peuvent être envisagées. Figure 6 shows a top view of another example of a device 25 according to the invention. The optical transmitter 35 comprises ten 50i-50w light sources arranged periodically on the substrate 30 in five rows and two columns. The optical detector 40 comprises twelve optical sensors 751-7512 arranged periodically on the substrate 30 in four rows and three columns. The numbers and arrangements of light sources and optical sensors are not limiting. Other arrangements may be considered.
Chacune des sources lumineuses 5Oi-5Oio est configurée pour émettre un rayonnement lumineux de longueur d’onde différente des autres sources lumineuses 5Oi-5Oio. Each of the 5Oi-5Oio light sources is configured to emit light radiation of different wavelength from the other 5Oi-5Oio light sources.
La distance e entre les sources lumineuses 502, 504, 50Ô, 50S et 5Oio et les capteurs optiques 75i, 754, 75? et 75io les plus proches est inférieure ou égale à 8 pm. La distance e est égale à l’épaisseur de la barrière optique 45, mais dans un autre exemple non représenté, l’épaisseur de la barrière optique 45 est inférieure à la distance e. The distance e between the light sources 502, 504, 50Ô, 50S and 5Oio and the optical sensors 75i, 754, 75? and the nearest 75io is less than or equal to 8 pm. The distance e is equal to the thickness of the optical barrier 45, but in another example not shown, the thickness of the optical barrier 45 is less than the distance e.
Les avantages du dispositif 25 apparaîtront à partir des différents modes d’utilisation qui sont décrits ci-après. The advantages of the device 25 will appear from the different modes of use which are described below.
On a illustré à la figure 7 un exemple d’utilisation d’un dispositif 25 selon l’invention. Il diffère de celui illustré sur la figure 1 par la présence en lieu et place de la source lumineuse 10, du dispositif 25. L’émetteur optique 35 émet un rayonnement lumineux dans le tissu cutané 1. Une partie du rayonnement 20i est mesurée, après rétrodiffusion dans l’épiderme 2 du tissu cutané 1, par le capteur optique 151 et permet ainsi l’étude des chromophores 4 de l’épiderme 2. Une autre partie du rayonnement 202 est mesurée, après rétrodiffusion dans le derme 3 du tissu cutané 1, par le capteur optique 152, et permet ainsi l’étude des chromophores 5 et 6 du derme 3. Une partie 2O3 du rayonnement est réfléchie par la surface du tissu cutané 1, cette réflexion spéculaire est mesurée par le détecteur optique 40 du dispositif 25 Figure 7 illustrates an example of use of a device 25 according to the invention. It differs from that illustrated in Figure 1 by the presence, instead of the light source 10, of the device 25. The optical transmitter 35 emits light radiation into the skin tissue 1. Part of the radiation 20i is measured, after backscattering in the epidermis 2 of the skin tissue 1, by the optical sensor 151 and thus allows the study of the chromophores 4 of the epidermis 2. Another part of the radiation 202 is measured, after backscattering in the dermis 3 of the skin tissue 1 , by the optical sensor 152, and thus allows the study of the chromophores 5 and 6 of the dermis 3. A part 2O3 of the radiation is reflected by the surface of the skin tissue 1, this specular reflection is measured by the optical detector 40 of the device 25
La mesure de la partie réfléchie spéculairement 2O3 du rayonnement permet de calibrer l’émetteur optique 35 de sorte que la réflexion spéculaire influence le moins possible les mesures des chromophores 4-6 du derme et/ou de l’épiderme. Autrement dit, les mesures des parties rétrodiffusées 201 et 2Û2 du rayonnement sont corrigées en tenant compte de la mesure de la réflexion spéculaire 2O3 du rayonnement. Measuring the specularly reflected part 2O3 of the radiation makes it possible to calibrate the optical transmitter 35 so that the specular reflection influences as little as possible the measurements of the chromophores 4-6 of the dermis and/or the epidermis. In other words, the measures backscattered parts 201 and 2Û2 of the radiation are corrected by taking into account the measurement of the specular reflection 2O3 of the radiation.
On a illustré à la figure 8 un autre exemple d’utilisation du dispositif 25 selon l’invention. Le dispositif est en contact optique avec un corps diffusant et/ou absorbant 1. Le corps diffusant et/ou absorbant 1 comporte une première couche 2 et une deuxième couche 3. Dans l’utilisation du dispositif 25 représentée par la figure 8, des première 50i et deuxième 5Ch sources lumineuses émettent des premier et deuxième rayonnements lumineux dans le corps diffusant et/ou absorbant 1 Le premier rayonnement lumineux présente une longueur d’onde différente du deuxième rayonnement lumineux. Another example of use of the device 25 according to the invention is illustrated in Figure 8. The device is in optical contact with a diffusing and/or absorbing body 1. The diffusing and/or absorbing body 1 comprises a first layer 2 and a second layer 3. In the use of the device 25 shown in Figure 8, first 50i and second 5Ch light sources emit first and second light radiation in the diffusing and/or absorbing body 1. The first light radiation has a different wavelength from the second light radiation.
Une partie du premier rayonnement lumineux 201 et une partie du deuxième 2O2 rayonnement lumineux sont ensuite diffusés dans puis réfléchis par la première couche 2 du corps diffusant et/ou absorbant 1 jusqu’à des capteurs optiques 751, respectivement 752. Les capteurs optiques 751 et 752 mesurent les parties rétrodiffusées 20i et 2O2 des premier et deuxième rayonnements lumineux. Il est ainsi possible de déterminer la longueur d’onde la plus adaptée pour l’étude d’un élément de la première couche 2. A part of the first light radiation 201 and a part of the second light radiation 2O2 are then diffused in and then reflected by the first layer 2 of the diffusing and/or absorbing body 1 to optical sensors 751, respectively 752. The optical sensors 751 and 752 measure the backscattered parts 20i and 2O2 of the first and second light radiations. It is thus possible to determine the most suitable wavelength for the study of an element of the first layer 2.
On a illustré à la figure 9 un exemple d’utilisation d’une pluralité de dispositif 25i-25s selon l’invention pour des spectroscopie par réflectance diffuse d’un corps diffusant et/ou absorbant 1. Le corps diffusant et/ou absorbant 1 comprend des première, deuxième et troisième couches respectivement 2, 3 et 8 superposées entre elles. Cinq dispositif 25i-25s selon l’invention sont mis en contact optique avec le corps diffusant 1 et espacés les uns des autres. Les dispositif 252-254 sont espacés du premier dispositif 25i en fonction de la profondeur cible dans le corps diffusant et/ou absorbant 1 qu’ils sont destinés à mesurer. 9 illustrates an example of use of a plurality of devices 25i-25s according to the invention for diffuse reflectance spectroscopy of a diffusing and/or absorbing body 1. The diffusing and/or absorbing body 1 comprises first, second and third layers respectively 2, 3 and 8 superimposed on each other. Five 25i-25s devices according to the invention are placed in optical contact with the diffusing body 1 and spaced from each other. The devices 252-254 are spaced from the first device 25i as a function of the target depth in the diffusing and/or absorbing body 1 that they are intended to measure.
L’émetteur optique 35i du premier dispositif 251 émet un rayonnement lumineux dans le corps diffusant et/ou absorbant 1. The optical transmitter 35i of the first device 251 emits light radiation into the diffusing and/or absorbing body 1.
Une partie 20i du rayonnement lumineux circule dans la première couche 2 puis est rétrodiffusée par celle-ci. La partie rétrodiffusée 20i du rayonnement lumineux est ensuite mesurée par le détecteur optique 4Û2 du deuxième dispositif 252. Une partie 202 du rayonnement lumineux s’enfonce jusqu’à puis circule dans la deuxième couche 3 puis est rétrodiffusée par celle-ci. La partie rétrodiffusée 2O2 du rayonnement lumineux est ensuite mesurée par le détecteur optique 40a du troisième dispositif 25a. A part 20i of the light radiation circulates in the first layer 2 then is backscattered by it. The backscattered part 20i of the light radiation is then measured by the optical detector 402 of the second device 252. A part 202 of the light radiation sinks until then circulates in the second layer 3 then is backscattered by it. The backscattered part 2O2 of the light radiation is then measured by the optical detector 40a of the third device 25a.
Une partie 204 du rayonnement lumineux s’enfonce jusqu’à puis circule dans la troisième couche 8 puis est rétrodiffusée par celle-ci. La partie rétrodiffusée 204 du rayonnement lumineux est ensuite mesurée par le détecteur optique 404 du quatrième dispositif 254. A part 204 of the light radiation sinks until then circulates in the third layer 8 then is backscattered by it. The backscattered part 204 of the light radiation is then measured by the optical detector 404 of the fourth device 254.
Une partie 20a du rayonnement lumineux est réfléchie par la surface du corps diffusant et/ou absorbant 1 puis mesurée par le détecteur optique 40i du premier dispositif 251. De manière similaire à l’exemple illustré par la figure 7, la mesure de cette réflexion spéculaire 2O3 permet de calibrer au mieux l’émetteur optique 35i afin de limiter au mieux les effets de réflexion spéculaire pour les autres parties 201, 2O2 et 204 rétrodiffusées du rayonnement lumineux. A part 20a of the light radiation is reflected by the surface of the diffusing and/or absorbing body 1 then measured by the optical detector 40i of the first device 251. Similar to the example illustrated in Figure 7, the measurement of this specular reflection 2O3 makes it possible to best calibrate the optical transmitter 35i in order to best limit the effects of specular reflection for the other parts 201, 2O2 and 204 backscattered from the light radiation.
Les parties rétrodiffusées 20i, 2O2 et 204 du rayonnement lumineux permettent d’étudier par spectroscopic par réflectance diffuse les différentes couches 2, 3 et 8 du corps diffusant et/ou absorbant 1. The backscattered parts 20i, 2O2 and 204 of the light radiation make it possible to study by diffuse reflectance spectroscopically the different layers 2, 3 and 8 of the diffusing and/or absorbing body 1.
On a illustré à la figure 10 un exemple d’un dispositif 25 comprenant un absorbeur optique 46 disposé entre l’émetteur optique 35 et le détecteur optique 40. Le dispositif 25 comprend, en outre, des absorbeurs optiques additionnels 47 entre chacun des capteurs optiques 751, 752 et 753. Le dispositif 25 est mis en contact optique avec une première couche 2 d’un corps diffusant et/ou absorbant 1. Les absorbeurs optiques 46 et 47 présentent un indice de réfraction supérieur à l’indice de réfraction de la première couche 2. 10 illustrates an example of a device 25 comprising an optical absorber 46 disposed between the optical transmitter 35 and the optical detector 40. The device 25 further comprises additional optical absorbers 47 between each of the optical sensors 751, 752 and 753. The device 25 is placed in optical contact with a first layer 2 of a diffusing and/or absorbing body 1. The optical absorbers 46 and 47 have a refractive index greater than the refractive index of the first layer 2.
Le corps diffusant et/ou absorbant 1 comprend également une deuxième couche 3 comprenant les éléments dont l’étude est souhaitée. La figure 10 représente la mesure de ces éléments par DRS. Pour cela, l’émetteur optique 35 émet un rayonnement lumineux à différentes profondeurs dans le corps diffusant et/ou absorbant 1. Une partie 20i du rayonnement lumineux circule dans la première couche 2 à une profondeur intermédiaire puis est rétrodiffusée par celle-ci. La partie rétrodiffusée 20i du rayonnement lumineux est ensuite mesurée par le capteur optique 751. Une partie 2O2 du rayonnement lumineux circule dans la première couche 2 jusqu’à la limite de la deuxième couche 3, puis est rétrodiffusée par la première couche 2. La partie rétrodiffusée 2(h du rayonnement lumineux est ensuite mesurée par le capteur optique 752. Une partie 2O3 du rayonnement lumineux s’enfonce jusqu’à puis circule dans la deuxième couche 3 puis est rétrodiffusée par celle-ci. La partie rétrodiffusée 2O3 du rayonnement lumineux est ensuite mesurée par le capteur optique 753. The diffusing and/or absorbing body 1 also comprises a second layer 3 comprising the elements whose study is desired. Figure 10 represents the measurement of these elements by DRS. For this, the optical emitter 35 emits light radiation at different depths in the diffusing and/or absorbing body 1. A portion 20i of the light radiation circulates in the first layer 2 at an intermediate depth then is backscattered by it. The backscattered part 20i of the light radiation is then measured by the optical sensor 751. A part 2O2 of the light radiation circulates in the first layer 2 up to the limit of the second layer 3, then is backscattered by the first layer 2. The backscattered part 2(h of the light radiation is then measured by the optical sensor 752. A part 2O3 of the light radiation sinks until then circulates in the second layer 3 then is backscattered by it The backscattered part 2O3 of the light radiation is then measured by the optical sensor 753.
Avantageusement, la présence des absorbeurs optiques 46 et 47 élimine les réflexions indésirables des rayonnements lumineux émis par l’émetteur optique 35 à l’interface entre la première couche 2 et le dispositif 25, et donc, par là même, limite la mesure de rayonnements parasites qui n’auraient pas circulé dans la deuxième couche 3 et auraient atteint le capteur optique 753. Advantageously, the presence of optical absorbers 46 and 47 eliminates the unwanted reflections of light radiation emitted by the optical emitter 35 at the interface between the first layer 2 and the device 25, and therefore, thereby, limits the measurement of radiation parasites which would not have circulated in the second layer 3 and would have reached the optical sensor 753.
Par ailleurs, pour la mesure DRS des éléments de la deuxième couche 3 illustrée à la figure 10, il est intéressant de soustraire aux informations collectées par le capteur optique 753 les informations collectées par les capteurs 751 et 752. Ainsi, la mesure DRS est localisée sur les éléments de la deuxième couche 3 et est moins perturbée par l’influence de la première couche 2 traversée par le rayonnement lumineux 2O3. Furthermore, for the DRS measurement of the elements of the second layer 3 illustrated in Figure 10, it is interesting to subtract from the information collected by the optical sensor 753 the information collected by the sensors 751 and 752. Thus, the DRS measurement is localized on the elements of the second layer 3 and is less disturbed by the influence of the first layer 2 crossed by the light radiation 2O3.
Par la suite, on décrit un procédé de fabrication d’un dispositif 25. Le procédé comporte d’abord une étape a) de fourniture d’un substrat 30. Le substrat 30 peut comporter des évidements dans lesquels les vias 100 sont formés. Il peut en outre être revêtu du plot de contact électrique 105. Le procédé comporte ensuite une étape b) de fabrication de l’émetteur optique 35 et du détecteur optique 40 par dépôt de couches sur le substrat 30 comme cela est illustré aux figures 11 à 19. Subsequently, a method of manufacturing a device 25 is described. The method first comprises a step a) of supplying a substrate 30. The substrate 30 may include recesses in which the vias 100 are formed. It can also be coated with the electrical contact pad 105. The method then comprises a step b) of manufacturing the optical emitter 35 and the optical detector 40 by deposition of layers on the substrate 30 as is illustrated in Figures 11 to 19.
La fabrication à l’étape b) peut comprendre les sous-étapes successives suivantes : bi) fabrication par dépôt d’au moins une couche sur le substrat 30 des anodes 6O1, 6O2, 85i et 852 de la ou des sources lumineuses 50i, 502, et du ou des capteurs optiques 751, 752, b2) fabrication de la ou des couches photosensibles 90i, 902, 95i et 952 du ou des capteurs optiques 751, 752, par dépôt de couche sur les anodes 851, 852, destinées former les anodes 85i, 852, du ou des capteurs optiques 751, 752, b,) fabrication de la ou des couches photoémettrices 651, 652, du ou des sources optiques 50i, 502, par dépôt de couche sur les anodes 6O1, 6O2, destinées former les anodes 6O1, 6O2, du ou des sources optiques 50i, 502, The manufacturing in step b) may comprise the following successive sub-steps: bi) manufacturing by deposition of at least one layer on the substrate 30 of the anodes 6O1, 6O2, 85i and 852 of the light source(s) 50i, 502 , and the optical sensor(s) 751, 752, b2) manufacturing the photosensitive layer(s) 90i, 902, 95i and 952 of the optical sensor(s) 751, 752, by depositing a layer on the anodes 851, 852, intended to form the anodes 85i, 852, of the optical sensor(s) 751, 752, b,) manufacturing of the photoemitting layer(s) 651, 652, of the optical source(s) 50i, 502, by layer deposition on the anodes 6O1, 6O2, intended to form the anodes 6O1, 6O2, of the optical source(s) 50i, 502,
64) fabrication de la cathode 70 de la ou des sources lumineuses 50i, 502, et du ou des capteurs optiques 75i, 752, par dépôt d’un matériau électriquement conducteur sur les couches photosensibles 951, 952, et les couches photoémettrices 651, 652. 64) manufacturing the cathode 70 of the light source(s) 50i, 502, and the light source(s) optical sensors 75i, 752, by deposition of an electrically conductive material on the photosensitive layers 951, 952, and the photoemitting layers 651, 652.
La sous-étape bi) peut comprendre le dépôt, illustré à la figure 11, sur le substrat 30 d’un matériau électriquement conducteur pour former une couche primaire 115 suivi d’une gravure, illustrée à la figure 12, de préférence par photolithographic, de la couche primaire 115 de sorte à former les différentes anodes 60i, 6O2, 85i et 852. Substep bi) may include the deposition, illustrated in Figure 11, on the substrate 30 of an electrically conductive material to form a primary layer 115 followed by etching, illustrated in Figure 12, preferably by photolithography, of the primary layer 115 so as to form the different anodes 60i, 6O2, 85i and 852.
Le procédé peut comprendre une sous-étape intermédiaire entre les sous-étapes bi) et 62) durant laquelle une résine isolante électriquement 117 est appliquée entre les anodes 6O1, 6O2, 85i et 852, par exemple par dépôt de couche et gravure localisée. Cette sous-étape intermédiaire est illustrée à la figure 13. La résine isolante électriquement 117 définit alors au moins une partie des murs isolants 55 et 80 et une partie de la barrière opaque 45. The method may include an intermediate sub-step between sub-steps bi) and 62) during which an electrically insulating resin 117 is applied between the anodes 6O1, 6O2, 85i and 852, for example by layer deposition and localized etching. This intermediate sub-step is illustrated in Figure 13. The electrically insulating resin 117 then defines at least part of the insulating walls 55 and 80 and part of the opaque barrier 45.
La sous-étape b2) peut comprendre le dépôt, illustré par la figure 14, de préférence par transfert, d’une ou des couches secondaire 120 et 125 faites des matériaux constitutifs de la ou des couches photosensibles 90i, 902, 951 et 952 sur les anodes 6O1, 6O2, 851 et 852. Ledit dépôt est ensuite suivi d’une gravure, illustrée par la figure 15, de préférence par bombardement ionique, de la ou des couches secondaires 120 et 125 de sorte à former la ou les couches photosensibles 90i, 902, 951 et 952 des capteurs optiques 751, 752. Substep b2) may include the deposition, illustrated by Figure 14, preferably by transfer, of one or more secondary layers 120 and 125 made of the materials constituting the photosensitive layer(s) 90i, 902, 951 and 952 on the anodes 6O1, 6O2, 851 and 852. Said deposition is then followed by an etching, illustrated in Figure 15, preferably by ion bombardment, of the secondary layer(s) 120 and 125 so as to form the photosensitive layer(s). 90i, 902, 951 and 952 optical sensors 751, 752.
Le procédé peut comprendre une sous-étape intermédiaire entre les sous-étapes b2) et ba) durant laquelle la barrière opaque 45 est fabriquée par dépôt de couche et gravure localisée. Cette sous-étape intermédiaire est illustrée par les figures 17 et 18, la figure 16 illustrant le dépôt d’une couche 130 du matériau constitutif de la barrière opaque 45 et la figure 17 illustrant le résultat de la gravure localisée de la couche 130 formant ainsi la barrière opaque 45 entre la zone du substrat 30 destinée porter l’émetteur optique 35 et la zone du substrat 30 destinée porter le détecteur optique 40. The method may include an intermediate sub-step between sub-steps b2) and ba) during which the opaque barrier 45 is manufactured by layer deposition and localized etching. This intermediate sub-step is illustrated by Figures 17 and 18, Figure 16 illustrating the deposition of a layer 130 of the material constituting the opaque barrier 45 and Figure 17 illustrating the result of the localized etching of the layer 130 thus forming the opaque barrier 45 between the zone of the substrate 30 intended to carry the optical emitter 35 and the zone of the substrate 30 intended to carry the optical detector 40.
La fabrication de la ou des couches photoémettrices 651, 652, durant la sous-étape ba) peut se faire par dépôt localisé à l’aide de masques pochoirs, comme illustré par la figure 18. The manufacture of the photoemitting layer(s) 651, 652, during sub-step ba) can be done by localized deposition using stencil masks, as illustrated in Figure 18.
De manière alternative, la sous-étape ba) peut comprendre le dépôt, de préférence par transfert, pour former une ou des couches tertiaire de matériaux constitutifs de la ou des couches photoémettrices 651, 652, sur les anodes 6O1, 6O2, suivi d’une gravure, de préférence par bombardement ionique, de la ou des couches tertiaires de sorte à former la ou les couches photoémettrices 651, 652, des sources lumineuses 50i, 502. Alternatively, sub-step ba) may comprise the deposition, preferably by transfer, to form one or more tertiary layers of materials constituting the photo-emitting layer(s) 651, 652, on the anodes 6O1, 6O2, followed by etching, preferably by ion bombardment, of the tertiary layer(s) so as to form the photo-emitting layer(s) 651, 652, light sources 50i, 50 2 .
On a illustré à la figure 19 la sous-étape 64) durant laquelle une couche d’un matériau électriquement conducteur est déposée sur les couches photosensibles 951, 952, les couches photoémettrices 65i, 652 et la barrière opaque 45, ladite couche formant ainsi la cathode 70 de la ou des sources lumineuses 50i, 502, et du ou des capteurs optiques 751, 752. 19 illustrates substep 64) during which a layer of an electrically conductive material is deposited on the photosensitive layers 951, 952, the photoemitting layers 65i, 652 and the opaque barrier 45, said layer thus forming the cathode 70 of the light source(s) 50i, 502, and the optical sensor(s) 751, 752.
De préférence, le procédé peut comprendre une étape ultérieure c) de fabrication d’un revêtement transparent 110 pour les longueurs d’onde comprise entre 400 nm et 1700 nm, la fabrication étant réalisée par dépôt de couche, sur la face de l’émetteur optique 35 opposée au substrat 30 et la face du détecteur optique 40 opposée au substrat 30. Preferably, the method may comprise a subsequent step c) of manufacturing a transparent coating 110 for wavelengths between 400 nm and 1700 nm, the manufacturing being carried out by layer deposition, on the face of the emitter optical detector 35 opposite the substrate 30 and the face of the optical detector 40 opposite the substrate 30.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention tel que défini par les revendications ci-après. Other variants and improvements can be considered without departing from the scope of the invention as defined by the claims below.

Claims

Revendications Claims
1. Dispositif (25) multicouche pour la spectroscopie par réflectance diffuse d’un corps diffusant et/ou absorbant ( 1), le dispositif optique comprenant : un substrat (30), un émetteur optique (35) en couche et un détecteur optique (40) en couche portés par une face (31) du substrat et non- superposés l’un sur l’autre, l’émetteur optique comprenant au moins une source lumineuse (5Oi-5Oio) pour émettre un rayonnement lumineux (201 -204 de longueur d’onde comprise entre 400 nm et 1700 nm vers le corps diffusant et/ou absorbant; le détecteur optique comprenant au moins deux capteurs optiques (751-7512), disposés régulièrement sur le substrat, pour mesurer le rayonnement lumineux diffusé et réfléchi par le corps diffusant et/ou absorbant, le dispositif présentant une face de contact (71, 111) destinée à être en contact avec le corps diffusant et/ou absorbant, l’émetteur optique et le détecteur optique étant entièrement pris en sandwich entre la face de contact et le substrat, le détecteur optique comprenant au moins deux groupes de capteurs optiques configurés pour détecter des rayonnements lumineux diffusés et réfléchis par le corps diffusant et/ou absorbant de plages de longueur d’onde différentes l’un de l’autre. 1. Multilayer device (25) for diffuse reflectance spectroscopy of a diffusing and/or absorbing body (1), the optical device comprising: a substrate (30), an optical emitter (35) in layer and an optical detector ( 40) in layer carried by one face (31) of the substrate and not superimposed on each other, the optical emitter comprising at least one light source (5Oi-5Oio) for emitting light radiation (201 -204 of wavelength between 400 nm and 1700 nm towards the diffusing and/or absorbing body; the optical detector comprising at least two optical sensors (751-7512), arranged regularly on the substrate, to measure the light radiation scattered and reflected by the diffusing and/or absorbing body, the device having a contact face (71, 111) intended to be in contact with the diffusing and/or absorbing body, the optical emitter and the optical detector being entirely sandwiched between the face contact and the substrate, the optical detector comprising at least two groups of optical sensors configured to detect light radiation scattered and reflected by the diffusing and/or absorbing body of wavelength ranges different from each other.
2. Dispositif selon la revendication précédente, la face de contact lorsqu’observée selon une direction normale au substrat, s’étendant sur une surface d’aire inférieure ou égale à 100 mm2, de préférence comprise entre 1 mm2 et 100 mm2, de préférence ladite face de contact présentant une longueur et une largeur inférieures ou égales à 10 mm et supérieures ou égales à 1 mm. 2. Device according to the preceding claim, the contact face when observed in a direction normal to the substrate, extending over a surface area less than or equal to 100 mm 2 , preferably between 1 mm 2 and 100 mm 2 , preferably said contact face having a length and a width less than or equal to 10 mm and greater than or equal to 1 mm.
3. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, le dispositif comportant un absorbeur optique (45, 46) agencé entre l’émetteur optique et le détecteur optique, l’absorbeur optique comprenant une face confondue avec la face de contact, de préférence l’absorbeur optique présentant un indice de réfraction supérieur à 1,3, voire supérieure à 1,4. 3. Device according to one of the preceding claims, the device comprising an optical absorber (45, 46) arranged between the optical transmitter and the optical detector, the optical absorber comprising a face merging with the contact face, preferably the optical absorber having a refractive index greater than 1.3, or even greater than 1.4.
4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, la portion de la face de contact en vis-à-vis de l’émetteur optique et du détecteur optique a un écart de planéité inférieur ou égal à 100 pm, de préférence inférieur à 10 pm. 4. Device according to one of the preceding claims, the portion of the contact face facing the optical transmitter and the optical detector has a flatness difference less than or equal to 100 pm, preferably less than 10 p.m.
5. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, l’émetteur optique comportant une pluralité de sources lumineuses (5Oi-5Oio) disposées régulièrement, par exemple périodiquement, sur le substrat, de préférence au moins une des sources lumineuses étant configurée pour émettre un rayonnement lumineux de longueur d’onde différente du rayonnement lumineux émis par au moins une autre des sources lumineuses, notamment par chacune des autres sources lumineuses. 5. Device according to one of the preceding claims, the optical transmitter comprising a plurality of light sources (5Oi-5Oio) arranged regularly, for example periodically, on the substrate, preferably at least one of the light sources being configured to emit a light radiation of wavelength different from the light radiation emitted by at least one other light source, in particular by each of the other light sources.
6. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, comprenant une barrière (45) opaque à au moins un rayonnement lumineux de longueur d’onde comprise entre 400 nm et 1700 nm, la barrière opaque étant portée par le substrat et agencée entre l’émetteur optique et le détecteur optique afin d’empêcher le rayonnement émis par la source lumineuse d’atteindre directement le capteur optique. 6. Device according to one of the preceding claims, comprising a barrier (45) opaque to at least one light radiation of wavelength between 400 nm and 1700 nm, the opaque barrier being carried by the substrate and arranged between the optical transmitter and the optical detector in order to prevent the radiation emitted by the light source from directly reaching the optical sensor.
7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, chaque source lumineuse comprenant au moins une couche photoémettrice (65i, 652, 66i, 662), une anode (6O1, 6O2) et une cathode (70) prenant en sandwich la couche photoémettrice et étant chacune électriquement connectée avec la couche photoémettrice. 7. Device according to one of the preceding claims, each light source comprising at least one photo-emitting layer (65i, 652, 66i, 662), an anode (6O1, 6O2) and a cathode (70) sandwiching the photo-emitting layer and each being electrically connected with the photoemitting layer.
8. Dispositif selon la revendication précédente, la couche photoémettrice étant choisie parmi une diode électroluminescente, une boîte quantique et une diode laser. 8. Device according to the preceding claim, the photoemitting layer being chosen from a light-emitting diode, a quantum dot and a laser diode.
9. Dispositif selon l’une des revendication 7 et 8, l’émetteur optique comprenant au moins un mur électriquement isolant (55) agencé entre deux sources lumineuses adjacentes de sorte à isoler électriquement l’anode d’une des deux sources lumineuses de l’anode de l’autre des deux sources lumineuses. 9. Device according to one of claims 7 and 8, the optical transmitter comprising at least one electrically insulating wall (55) arranged between two adjacent light sources so as to electrically isolate the anode of one of the two light sources of the the anode of the other of the two light sources.
10. Dispositif selon l’une des revendications 7 à 9, le substrat portant un plot de contact électrique (105) connecté électriquement à la ou les cathodes des sources lumineuses et agencé à distance de la portion du substrat portant l’émetteur optique et le détecteur optique. 10. Device according to one of claims 7 to 9, the substrate carrying an electrical contact pad (105) electrically connected to the cathode(s) of the light sources and arranged at a distance from the portion of the substrate carrying the optical emitter and the optical detector.
11. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, chaque capteur optique comprenant au moins une couche photosensible (90i, 902, 95i, 952), une anode (85i, 862) et une cathode (72) prenant en sandwich la couche photosensible et étant chacune électriquement connectée avec la couche photosensible. 11. Device according to one of the preceding claims, each optical sensor comprising at least one photosensitive layer (90i, 902, 95i, 952), an anode (85i, 862) and a cathode (72) sandwiching the photosensitive layer and each being electrically connected with the photosensitive layer.
12. Dispositif selon la revendication précédente, la couche photosensible étant choisie parmi un photodétecteur en silicium et/ou en germanium, un photodétecteur organique, par exemple à base de ZnPc préférentiellement dopé au CÔO, et une boîte quantique. 12. Device according to the preceding claim, the photosensitive layer being chosen from a silicon and/or germanium photodetector, an organic photodetector, for example based on ZnPc preferentially doped with CÔO, and a quantum dot.
13. Dispositif selon l’une des revendication 11 et 12, le détecteur optique comprenant au moins un mur électriquement isolant (80) agencé entre deux capteurs optiques adjacents de sorte à isoler électriquement la couche photosensible et l’anode d’un des deux capteurs optiques de la couche photosensible et de l’anode de l’autre des deux capteurs optiques. 13. Device according to one of claims 11 and 12, the optical detector comprising at least one electrically insulating wall (80) arranged between two adjacent optical sensors so as to electrically isolate the photosensitive layer and the anode of one of the two sensors optical sensors of the photosensitive layer and the anode of the other of the two optical sensors.
14. Dispositif selon l’une des revendications 7 à 13, comprenant un via (100) électriquement conducteur en contact électrique avec l’anode de la source lumineuse ou avec l’anode du détecteur optique et traversant le substrat de part en part selon l’épaisseur du substrat, de préférence le vias étant en semi-conducteur dopé N ou P, ou en métal ou en alliage métallique, par exemple en tungstène (W), ou en cuivre (Cu), ou en aluminium (Al), ou un bicouche de titane/nitrure de titane (Ti/TiN). 14. Device according to one of claims 7 to 13, comprising an electrically conductive via (100) in electrical contact with the anode of the light source or with the anode of the optical detector and passing through the substrate right through according to the the thickness of the substrate, preferably the via being made of N or P doped semiconductor, or of metal or of a metal alloy, for example tungsten (W), or copper (Cu), or aluminum (Al), or a titanium/titanium nitride (Ti/TiN) bilayer.
15. Procédé de fabrication d’un dispositif (25) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant le dépôt de couches sur le substrat pour former l’émetteur optique et le détecteur optique. 15. A method of manufacturing a device (25) according to any one of the preceding claims, the method comprising the deposition of layers on the substrate to form the optical emitter and the optical detector.
16. Utilisation d’au moins un dispositif (25) selon l’une des revendications 1 à 14 pour la spectroscopie par réflectance diffuse d’un corps diffusant et/ou absorbant (1), de préférence le corps diffusant et/ou absorbant étant organique, par exemple un aliment d’origine animale, végétale ou fongique, ou un tissu biologique, en particulier humain ou animal. 16. Use of at least one device (25) according to one of claims 1 to 14 for diffuse reflectance spectroscopy of a diffusing and/or absorbing body (1), preferably the diffusing and/or absorbing body being organic, for example a food of animal, plant or fungal origin, or biological tissue, in particular human or animal.
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