EP4260103A1 - Filtre angulaire optique - Google Patents

Filtre angulaire optique

Info

Publication number
EP4260103A1
EP4260103A1 EP21815505.9A EP21815505A EP4260103A1 EP 4260103 A1 EP4260103 A1 EP 4260103A1 EP 21815505 A EP21815505 A EP 21815505A EP 4260103 A1 EP4260103 A1 EP 4260103A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
matrix
incidence
microlenses
array
openings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21815505.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benjamin BOUTHINON
Delphine DESCLOUX
Wilfrid Schwartz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isorg SA
Original Assignee
Isorg SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isorg SA filed Critical Isorg SA
Publication of EP4260103A1 publication Critical patent/EP4260103A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/123—Optical louvre elements, e.g. for directional light blocking
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays

Definitions

  • TITLE Optical angular filter
  • This description relates to an angular optical filter.
  • the present description relates to an angular filter intended to be used within an optical system, for example, an imaging system or to be used to collimate the rays of a light source, in particular for a organic light-emitting diode (OLED) directional lighting application or optical inspection.
  • an optical system for example, an imaging system or to be used to collimate the rays of a light source, in particular for a organic light-emitting diode (OLED) directional lighting application or optical inspection.
  • OLED organic light-emitting diode
  • An angular filter is a device making it possible to filter incident radiation as a function of the incidence of this radiation and thus block the rays whose incidence is greater than a maximum incidence.
  • Angle filters are frequently used in conjunction with image sensors.
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known angular filters.
  • One embodiment provides an angular filter for an image acquisition device comprising a stack comprising: a first matrix of first openings delimited by first walls opaque to visible and/or infrared radiation; an array of microlenses; and a second matrix of second openings delimited by second walls opaque to visible and/or infrared radiation.
  • the number of second openings is at least twice as high as the number of first openings.
  • the number of first openings is at least twice as high as the number of second openings
  • the network of microlenses is located between the first matrix and the second matrix.
  • the second matrix is located between the array of microlenses and the first matrix.
  • the first matrix is located between the array of microlenses and the second matrix.
  • the structure comprising the network of microlenses and the first matrix is adapted to block incident rays having an incidence, with respect to the optical axes of the microlenses, greater than a first maximum incidence
  • the second matrix is adapted to block incident rays having an incidence, with respect to the optical axes of the microlenses, greater than a second maximum incidence, the second maximum incidence being greater than the first maximum incidence
  • the first maximum incidence which corresponds to the half-width at half the maximum transmittance is less than 10°, preferably less than 4°.
  • the second maximum incidence which corresponds to the half-width at half the maximum transmittance is greater than 15° and less than 60°.
  • the second maximum incidence is less than or equal to 30°.
  • the first openings are filled with air, with a partial vacuum or with a material that is at least partially transparent in the visible and infrared domains.
  • the second openings are filled with air, with a partial vacuum or with a material that is at least partially transparent in the visible and infrared domains.
  • a single microlens is directly above a first opening.
  • each microlens is directly above a single first opening.
  • the optical axis of each microlens is aligned with the center of a first aperture.
  • One embodiment provides an image acquisition device comprising an angular filter as described above and an image sensor.
  • Figure 1 illustrates, in a sectional view, partial and schematic, an embodiment of an image acquisition system
  • Figure 2 illustrates, in a sectional view, partial and schematic, an embodiment of an image acquisition device comprising an angular filter
  • Figure 3 illustrates, in a sectional view, partial and schematic, another embodiment of an image acquisition device
  • Figure 4 illustrates, in a sectional view, partial and schematic, another embodiment of an image acquisition device
  • FIG. 5 represents, by a graph, the transmittance of the angular filter of the device illustrated in FIG. 2 as a function of the incidence of the rays reaching the angular filter.
  • the expression “it comprises only the elements” means that it comprises, at least 90% of the elements, preferably that it comprises at least 95% of the elements.
  • a layer or a film is said to be opaque to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or the film is less than 10%.
  • a layer or a film is said to be transparent to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or film is greater than 10%.
  • all the elements of the optical system which are opaque to radiation have a transmittance which is less than half, preferably less than a fifth, more preferably less than a tenth, of the transmittance the weakest of the elements of the optical system transparent to said radiation.
  • the term "useful radiation” is used to refer to the electromagnetic radiation passing through the optical system in operation.
  • the term "optical element of micrometric size" refers to an optical element formed on one face of a support whose maximum dimension, measured parallel to said face, is greater than 1 ⁇ m and less than 1 mm.
  • each micrometric-sized optical element corresponds to a micrometric-sized lens, or microlens, composed two diopters.
  • each optical element of micrometric size being able to correspond, for example, to a Fresnel lens of micrometric size, to a micron-sized gradient index lens or to a micron-sized diffraction grating.
  • visible light is electromagnetic radiation whose wavelength is between 400 nm and 700 nm
  • red light is electromagnetic radiation whose wavelength is between 600 nm and 700 nm
  • Infrared radiation is radiation electromagnetic wave whose wavelength is between 700 nm and 1 mm.
  • near infrared radiation the wavelength of which is between 700 nm and 1.7 ⁇ m.
  • Figure 1 illustrates, by a sectional view, partial and schematic, an embodiment of an image acquisition system 11.
  • the image acquisition system 11, illustrated in FIG. 1, comprises: an image acquisition device 13 (DEVICE); and a processing unit 15 (Processing Unit - PU).
  • DEVICE image acquisition device 13
  • processing unit 15 Processing Unit - PU
  • the processing unit 15 preferably comprises signal processing means provided by the device 11, not shown in Figure 1.
  • the processing unit 15 comprises, for example, a microprocessor.
  • the device 13 and the processing unit 15 are preferably connected by a connection 17.
  • the device 13 and the processing unit 15 are, for example, integrated in the same circuit.
  • Figure 2 illustrates, in a sectional view, partial and schematic, an embodiment of an image acquisition device 19 comprising an angular filter.
  • the image acquisition device 19 shown in Figure 2 comprises, from bottom to top in the orientation of the figure: an image sensor 21; and an angular filter 23, covering the image sensor 21.
  • the embodiments of the devices of FIGS. 2 to 4 are represented in space according to a direct orthogonal XYZ coordinate system, the Y axis of the XYZ mark being orthogonal to the upper face of the image sensor 21.
  • the image sensor 21 comprises an array of photon sensors 25, also called photodetectors.
  • the photodetectors 25 are preferably arranged in matrix form.
  • the photodetectors 25 may be covered with a protective coating and/or a color filter (not shown).
  • the photodetectors 25 preferably all have the same structure and the same properties/characteristics. In other words, all the photodetectors 25 are substantially identical except for manufacturing differences.
  • the image sensor 21 further comprises conductive tracks and switching elements, in particular transistors, not shown, allowing the selection of the photodetectors 25.
  • the photodetectors 25 are preferably made of organic materials.
  • the photodetectors 25 may correspond to organic photodiodes (OPD, Organic Photodiode), to organic photoresistors, to amorphous or monocrystalline silicon photodiodes integrated on a thin-film transistor substrate (TFT, Thin Film Transistor) or a transistor substrate.
  • OPD Organic Photodiode
  • TFT Thin Film Transistor
  • MOS Metal Oxide Semiconductor
  • the organic photodiodes 25 of the image sensor 21 comprise, for example, a mixture of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and sodium poly(styrene sulfonate) (PSS).
  • the substrate is for example made of silicon, preferably of monocrystalline silicon.
  • the channel, source and drain regions of the TFT transistors are for example made of amorphous silicon (a-Si or amorphous Silicon), of indium, gallium, zinc and oxide (IGZO Indium Gallium Zinc Oxide) or of low temperature polycrystalline silicon (LTPS or Low Temperature Polycrystalline Silicon).
  • each photodetector 25 is adapted to detect visible radiation and/or infrared radiation.
  • the angular filter 23 comprises: an array 27 of microlenses 29 of micrometric size, for example plano-convex; a first matrix 31 or layer of first holes or openings 33 delimited by first walls 35 that are opaque in the visible and/or infrared domains; and a second matrix 41 of second holes 43 or openings delimited by second walls 45, the network 27 of microlenses 29 being located between the first matrix 31 and the second matrix 41.
  • the array 27 of microlenses 29 is formed on and in contact with a substrate or support 28, the substrate 28 then being interposed between the microlenses 29 and the first matrix 31.
  • the substrate 28, when present, can be made of a transparent polymer which does not absorb, at least, the wavelengths considered, here in the visible and infrared range.
  • This polymer may in particular be poly(ethylene terephthalate) PET, poly(methyl methacrylate) PMMA, inecyclic olefin polymer (COP), polyimide (PI), polycarbonate (PC).
  • the thickness of substrate 28 can vary between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the substrate 28 can correspond to a colored filter, to a polarizer, to a half-wave plate or to a quarter-wave plate.
  • the microlenses 29 can be made of silica, of PMMA, of a positive photosensitive resin, of PET, of poly(ethylene naphthalate) (PEN), of COP, of polydimethylsiloxane (PDMS)/silicone, epoxy resin or acrylate resin.
  • the microlenses 29 can be formed by creeping blocks of a photosensitive resin.
  • the microlenses 29 can additionally be formed by molding on a layer of PET, PEN, COP, PDMS/silicone, epoxy resin or acrylate resin.
  • the microlenses 29 are convergent microlenses each having a focal distance f of between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 70 ⁇ m. According to one embodiment, all the microlenses 29 are substantially identical.
  • the microlenses 29 and the substrate 28, when present, are preferably made of transparent or partially transparent materials, that is to say transparent in part of the spectrum considered for the targeted field, for example, imaging, over the range of wavelengths corresponding to the wavelengths used during the exposure of an object to be imaged.
  • the flat faces of the microlenses 29 face the first openings 33.
  • the thickness of the first walls 35 is called "hl".
  • the walls 35 are, for example, opaque to the radiation detected by the photodetectors 25, for example absorbing and/or reflecting with respect to the radiation detected by the photodetectors 25.
  • the walls 35 absorb or reflect in the visible and/or the near infrared and/or the infrared.
  • the walls 35 are, for example, opaque at wavelengths comprised between 450 nm and 570 nm, used for imaging (for example biometrics and fingerprint imaging) and/or opaque at wavelengths red and 1 infrared.
  • the upper face of the layer 31 is the face of the layer 31 located at the interface between the layer 31 and the substrate 28 (or if necessary the array of microlenses 29). Also referred to as the lower face of the layer 31 is the face of the layer 31 located opposite the upper face.
  • each opening 33 can be square, rectangular or funnel-shaped.
  • Each opening 33 seen from above (that is to say in the XZ plane), can have a circular, oval or polygonal shape, for example triangular, square, rectangular or trapezoidal.
  • Each opening 33 viewed from above, has a preferably circular shape.
  • the width of an opening 33 is defined as the characteristic dimension of the opening 33 in the plane XZ. For example, for an opening 33 having a square section in the XZ plane, the width corresponds to the dimension of one side and for an opening 33 having a circular section in the XZ plane, the width corresponds to the diameter of the opening 33.
  • the width of the openings 33, at the level of the upper face of the layer 31, is greater than the width of the openings 33, at the level of the lower face of the layer 31.
  • the center of an opening 33 is called the point situated at the intersection of the axis of symmetry of the openings 33 and of the lower face of the layer 31.
  • the center of each opening 33 is located on the axis of revolution of the opening 33.
  • the first openings 33 are arranged in rows and in columns.
  • the rows, the columns, can be staggered, that is to say that two successive rows, two successive columns, are misaligned.
  • the openings 33 can all have substantially the same dimensions.
  • "PI” is the repetition pitch of the openings 33, that is to say the distance, along the X axis or the Z axis, between the centers of two successive openings 33 of a row or a column.
  • Each first aperture 33 is preferably associated with a single microlens 29 of the first matrix 31.
  • the optical axes of the microlenses 29 are preferably aligned with the centers of the apertures 33 of the first matrix 31.
  • the diameter of the microlenses 29 is preferably greater than the maximum section (measured perpendicular to the optical axes) of the openings 33.
  • the pitch PI can be between 4 ⁇ m and 50 ⁇ m, for example equal to approximately 15 ⁇ m.
  • the height hl can be between 1 ⁇ m and 1 mm, preferably be between 1 ⁇ m and 20 ⁇ m.
  • the width wl can preferably be between 1 ⁇ m and 50 ⁇ m, for example be equal to around 10 ⁇ m.
  • each photodetector 25 is associated with four openings 33 (it is for example associated with two openings 33 along the axis
  • the resolution of the angular filter 23 can be more than four times higher than the resolution of the image sensor 21. In other words, in practice, there can be more than four times more first openings 33 than photodetectors 25.
  • the structure 29 and the first matrix 31 is adapted to filter the incident radiation as a function of the incidence of the radiation relative to the optical axes of the microlenses 29 of the array 27.
  • the structure is adapted to filter the incident rays, arriving on the microlenses, according to their incidences.
  • the structure associating the network 27 of microlenses 29 and the first matrix 31 is adapted to block the rays of the incident radiation whose respective incidences relative to the optical axes of the microlenses 29 of the filter 23 are greater than a first maximum incidence.
  • This structure is adapted to allow only rays to pass whose incidence relative to the optical axes of the microlenses 29 is less than the first maximum incidence.
  • the structure only lets through incident rays having an incidence of less than 45°, preferably less than 30°, more preferably less than 10°, even more preferably less than 4°, for example of the order of 3 .5° .
  • the first openings 33 are, for example, filled with air, with a partial vacuum or with a material that is at least partially transparent in the visible and infrared domains.
  • the filling material of the openings 33 optionally forms a layer 37 on the lower face of the first matrix 31 so as to cover the first walls 35 and planarize said lower face of the first matrix 31.
  • the microlenses 29 are preferably covered by a layer 39 of planarization.
  • Layer 39 is made of a material that is at least partially transparent in the visible and infrared domains, it can then play the role of a color filter.
  • the second matrix is located above the network 27 of microlenses 29. More precisely, the second matrix is located on the upper face of the layer 39.
  • the thickness of the second walls 45 is called "h2".
  • the second walls 45 are, for example, of the same nature and of the same opacity as the first walls 35.
  • each opening 33 can have a square, triangular, trapezoidal shape or have the shape of a funnel.
  • Each opening 43, seen from above (XZ plane), can have a circular, oval or polygonal shape, for example triangular, square, rectangular or trapezoidal.
  • Each opening 43, viewed from above, has a preferably circular shape.
  • the second openings 43 are arranged in rows and in columns.
  • the openings can be staggered.
  • the openings 43 can all have substantially the same dimensions (except for manufacturing variations).
  • the width or diameter of the openings 43 is called "w2" (measured at the base of the openings, that is to say at the interface with the layer 39).
  • the openings 43 are arranged regularly along the rows and along the columns. “P2” is the repetition pitch of the openings 43, that is to say the distance in top view between the centers of two successive openings 43 of a row or of a column.
  • the pitch P2 is less than the pitch PI and the width w2 is less than width wl .
  • An advantage of providing a pitch P2 less than the pitch PI, and therefore a number of openings 43 greater than the number of openings 41, is that this makes it possible not to have any impact on the quality of the image formed on the sensor (derived from Nyquist theory) .
  • the matrix 41 does not will not be imaged on the sensor through the array 31. This is particularly true when the pitch P2 of the array 41 is at least twice and preferably at least 4 times less than the pitch P1 of the array 31.
  • An alternative solution would be to perfectly align the 2 matrices but this can be relatively complex to implement. Providing a difference in pitch, preferably by a factor at least equal to 2, makes it possible not to have to make this alignment.
  • the pitch PI is less than the pitch P2 and the width wl is less than the width w2.
  • the pitch P2 can be between 4 ⁇ m and 50 ⁇ m, for example equal to around 6 ⁇ m.
  • the height h2 can be between 1 ⁇ m and 100 mm, preferably be between 1 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • the width w2 can preferably be between 1 ⁇ m and 45 ⁇ m, for example be equal to around 4 ⁇ m.
  • the second openings 43 are, for example, filled with air, a partial vacuum or a material at least partially transparent in the visible and infrared domains, for example a material used as a filter. color .
  • the second matrix 41 is adapted to filter the incident radiation as a function of the incidence of the radiation with respect to the Y axis.
  • the second matrix 41 is adapted to only let through rays having an incidence less than a second maximum incidence, strictly greater than the first maximum incidence.
  • the second matrix 41 is adapted to allow only rays to pass, arriving on the matrix 41, having an incidence less than the second maximum incidence.
  • the second maximum incidence is preferably greater than 15°.
  • the second maximum incidence is preferably less than 60°, preferably less than or equal to 30°.
  • the second matrix 41 is adapted to block the incident rays whose respective incidences, with respect to the Y axis, are greater than the second maximum incidence.
  • the structure comprising the network 27 of microlenses 29 and the first matrix 31 of openings 33 theoretically makes it possible to block all the rays whose incidence is greater than the first maximum incidence.
  • certain rays of incidence greater than the first maximum incidence nevertheless manage to cross the first matrix 31.
  • This phenomenon is called optical crosstalk or parasitic coupling and can lead to a drop in resolution of the photodetectors 25.
  • the purpose of the second matrix 41 is to block the rays of incidences greater than the second maximum incidence and which could lead to optical crosstalk.
  • each ray arrives with the same incidence on the upper face of the matrix 41 and on the microlenses 29.
  • the radiation incident on the device 19 comprises: rays 47 of zero incidence (perpendicular to the planar faces of the microlenses 29); rays 49 of incidence a strictly greater than 0° and less than or equal to the first maximum incidence, for example approximately 4°; rays 51 of incidence p strictly greater than the first maximum incidence and less than or equal to the second maximum incidence, for example approximately 20°; and rays 53 of incidence y strictly greater than the second maximum incidence.
  • Some of the rays incident on the device 19 are nevertheless blocked by the walls even though they have an incidence lower than the second maximum incidence. These are the rays which arrive on the upper faces of the walls 45 or on the side walls of the walls 45. The proportion of rays of incidence lower than the second maximum incidence and nevertheless blocked depends on the respective incidence of the rays. These rays of Angles of attack lower than the second maximum angle of attack and nevertheless blocked are not represented in figure 2.
  • Each ray 47 passes through the second matrix 41 and the array 27 of microlenses 29 emerging from the microlens 29 which it passes through so as to pass through the image focus of said microlens 29.
  • the image focus of each microlens 29 is located on or near the lower face of the first array 31 of first apertures 33, at the center of the aperture 33 with which the microlens 29 is associated.
  • the structure associating the network 27 of microlenses 29 and the first matrix 31 does not block the rays 47.
  • Each ray 47 is therefore picked up by the image sensor 21 and more precisely by the photodetector 25 underlying the microlens 29 through which the ray 47 passes.
  • the rays 49 are similar to the rays 47, in their paths throughout the angular filter 23. Neither the second matrix 41 nor the structure associating the array 27 of microlenses 29 and the first matrix 31 block the rays 49. Each ray 49 is therefore picked up by the image sensor 21 and more precisely by the photodetector 25 underlying the microlens 29 through which said ray passes.
  • Each spoke 51 crosses the second matrix 41 so as to reach the microlenses 29.
  • the spokes 51 are however blocked by the structure associating the array 27 of microlenses 29 and the first matrix 31, unlike the spokes 49 or 47. The spokes 51 therefore do not reach the photodetectors 25.
  • the rays 53 having incidences greater than the second maximum incidence are completely blocked by the second matrix 41.
  • the rays 53 therefore do not reach the microlenses 29 and the photodetectors 25.
  • the image sensor 21 At the output of the angular filter 23, the image sensor 21 only picks up the rays 47 and 49, having incidences lower than the first maximum incidence.
  • Figure 3 illustrates, by a sectional view, partial and schematic, another embodiment of an image acquisition device 55.
  • FIG. 3 illustrates an image acquisition device 55 similar to device 19 illustrated in FIG. 2, except that second matrix 41 is located between array 27 of microlenses 29 and first matrix 31 .
  • the second matrix 41 is located between the array 27 of microlenses 29 and the substrate 28, however in practice, the second matrix 41 can be located between the substrate 28 and the first matrix 31.
  • the incident rays first reach the microlenses 29 and are deflected by them.
  • the deflected rays are then filtered, by the second matrix 41 then by the first matrix 31.
  • each ray 47, 49, 51 and 53 refracted by a microlens 29 is deflected by an angle so as to form an angle 5, a', p', y' with the optical axis of the microlens 29.
  • Figure 4 illustrates, by a sectional view, partial and schematic, another embodiment of an image acquisition device 57.
  • FIG. 4 illustrates an image acquisition device 57 similar to the device 55 illustrated in FIG. 3, except that the second matrix 41 is located between the first matrix 31 and the image sensor 21 .
  • the incident rays first reach the microlenses 29 and are deflected by them.
  • the deflected rays are then filtered, by the first matrix 31 then by the second matrix 41.
  • each ray 47, 49, 51 and 53 refracted by a microlens 29 is deflected by an angle so as to form an angle 5, a', p', y' with the axis microlens optics 29.
  • FIG. 5 represents, by a graph, the transmittance of the angular filter of the device illustrated in FIG. 2 as a function of the incidence of the rays reaching the angular filter.
  • FIG. 5 illustrates three curves 59, 61 and 63 each representing the normalized transmittance (Transmission) of the rays in different parts of the angular filter 23 illustrated in FIG. 2, as a function of the incidence of said rays (Angles (°) ) .
  • the graph illustrated in FIG. 5 comprises: a curve 59 corresponding to the transmittance of the rays passing through the structure associating the array 27 of microlenses 29 and the first matrix 31; a curve 61 corresponding to the transmittance of the rays passing through the second matrix 41; and a curve 63 corresponding to the transmittance of the rays passing through the whole of the angular filter 23 as illustrated in FIG. 2.
  • each of the curves 59, 61 and 63 was obtained by a simulation in which: the focal length of the microlenses 29 is between 10 ⁇ m and 70 ⁇ m; the microlenses 29 are positioned on and in contact with a substrate 28 with a thickness of between 10 ⁇ m and 60 ⁇ m; the first openings 33 are trapezoidal in shape; the openings 33 have a width wl at the upper face of the matrix 31 of between 1 ⁇ m and 45 ⁇ m, a width at the level of the lower face of the matrix 31 of between 1 ⁇ m and 40 ⁇ m, a height hl of between 1% m and 50 ⁇ m, and a pitch PI of the order of 5 ⁇ m; the openings 43 are rectangular in shape; and the openings 43 have a width w2 of between 1 ⁇ m and 45 ⁇ m, a height h2 of between 1 ⁇ m and 50 ⁇ m and a pitch P2 of between 4 ⁇ m and 59 ⁇ m.
  • the combination of the network of microlenses and the first matrix, respectively the second matrix does not make it possible to block clearly the rays whose incidence is greater than the first maximum incidence, respectively the second incidence. maximum.
  • blocking value that is to say the first maximum incidence, respectively the second maximum incidence, as being the half-width at half the maximum transmittance of the grating 27 and of the matrix 31, respectively the matrix 41 or half-width at half-height of curve 59, respectively curve 61.
  • the rays whose incidence is equal to this value are blocked at 50%, the rays whose incidence is greater than this value are mostly unblocked and rays whose incidence is less than this value are mostly blocked by the association of the network of microlenses and the first matrix 31, respectively by the second matrix 41.
  • the half-width at half-height of the curve 59 or half-width at half the maximum transmittance of the first matrix (HWHM: Half Width High Maximum) is equal to approximately 3, 5° and the half-width at half-height of the curve 61 or half-width at half the maximum transmittance of the second matrix is equal to approximately 20°.
  • the first curve 59 comprises two second peaks, called secondary peaks, for incidences of about 25° and -25°.
  • the transmittance of rays having an incidence equal to approximately 25° is approximately equal to 0.05.
  • These secondary peaks correspond to the passage, through the network of microlenses 29 or the first matrix 31, of rays having incidences of between about 20° and about 40°, picked up by a photodetector 25 close to the photodetector 25 underlying the microlens 29 or the aperture 33 through which the ray passes.
  • the second curve 61 is characteristic of a band pass filter allowing the rays whose incidences are between 20° and -20° to pass.
  • the values of curve 63 correspond to a multiplication of the value of curve 59 and the value of curve 61 for the same given incidence.
  • the third curve 63 has, in comparison to curve 59, no secondary peaks.
  • the transmittance of the rays beyond 20° then tends towards 0.

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Abstract

La présente description concerne un filtre angulaire (23) pour dispositif d'acquisition d'images (19) comportant un empilement comprenant : une première matrice (31) de premières ouvertures (333) délimitées par des premiers murs (35) opaques à un rayonnement visible et/ou infrarouge; un réseau (27) de microlentilles (29); et une deuxième matrice (41) de deuxièmes ouvertures (43) délimitées par des deuxièmes murs (45) opaques au rayonnement visible et/ou infrarouge.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Filtre angulaire optique
La présente demande est basée sur, et revendique la priorité de, la demande de brevet français FR2013150 déposée le 14 décembre 2020 et ayant pour titre "Filtre angulaire optique", qui est considérée comme faisant partie intégrante de la présente description dans les limites prévues par la loi.
Domaine technique
[0001] La présente description concerne un filtre optique angulaire .
[0002] Plus particulièrement, la présente description concerne un filtre angulaire destiné à être utilisé au sein d'un système optique, par exemple, un système d'imagerie ou à être utilisé pour collimater les rayons d'une source lumineuse, notamment pour une application d'éclairage directionnel par diode électroluminescente organique (OLED) ou d'inspection optique.
Technique antérieure
[0003] Un filtre angulaire est un dispositif permettant de filtrer un rayonnement incident en fonction de l'incidence de ce rayonnement et ainsi bloquer les rayons dont l'incidence est supérieure à une incidence maximale. Les filtres angulaires sont fréquemment utilisés en association avec des capteurs d'images.
Résumé de l'invention
[0004] Il existe un besoin d'améliorer les filtres angulaires connus .
[0005] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des filtres angulaires connus. [ 0006 ] Un mode de réalisation prévoit un filtre angulaire pour dispositi f d ' acquisition d ' images comportant un empilement comprenant : une première matrice de premières ouvertures délimitées par des premiers murs opaques à un rayonnement visible et/ou infrarouge ; un réseau de microlentilles ; et une deuxième matrice de deuxièmes ouvertures délimitées par des deuxièmes murs opaques au rayonnement visible et/ou infrarouge .
[ 0007 ] Selon un mode de réalisation, le nombre de deuxièmes ouvertures est , au moins , deux fois plus élevé que le nombre de premières ouvertures .
[ 0008 ] Selon un mode de réalisation, le nombre de premières ouvertures est , au moins , deux fois plus élevé que le nombre de deuxièmes ouvertures
[ 0009 ] Selon un mode de réalisation, le réseau de microlentilles est situé entre la première matrice et la deuxième matrice .
[ 0010 ] Selon un mode de réalisation, la deuxième matrice est située entre le réseau de microlentilles et la première matrice .
[ 0011 ] Selon un mode de réalisation, la première matrice est située entre le réseau de microlentilles et la deuxième matrice .
[ 0012 ] Selon un mode de réalisation : la structure comprenant le réseau de microlentilles et la première matrice est adaptée à bloquer des rayons incidents ayant une incidence , par rapport aux axes optiques des microlentilles , supérieure à une première incidence maximale ; et la deuxième matrice est adaptée à bloquer des rayons incidents ayant une incidence, par rapport aux axes optiques des microlentilles, supérieure à une deuxième incidence maximale, la deuxième incidence maximale étant supérieure à la première incidence maximale.
[0013] Selon un mode de réalisation, la première incidence maximale qui correspond à la demi-largeur à la moitié de la transmittance maximale est inférieure à 10°, de préférence inférieure à 4°.
[0014] Selon un mode de réalisation, la deuxième incidence maximale qui correspond à la demi-largeur à la moitié de la transmittance maximale est supérieure à 15° et inférieure à 60° .
[0015] Selon un mode de réalisation, la deuxième incidence maximale est inférieure ou égale à 30°.
[0016] Selon un mode de réalisation, les premières ouvertures sont remplies d'air, d'un vide partiel ou d'un matériau au moins partiellement transparent dans les domaines du visible et de l'infrarouge.
[0017] Selon un mode de réalisation, les deuxièmes ouvertures sont remplies d'air, d'un vide partiel ou d'un matériau au moins partiellement transparent dans les domaines du visible et de l'infrarouge.
[0018] Selon un mode de réalisation, une seule microlentille est à l'aplomb d'une première ouverture.
[0019] Selon un mode de réalisation, chaque microlentille est à l'aplomb d'une seule première ouverture.
[0020] Selon un mode de réalisation, l'axe optique de chaque microlentille est aligné avec le centre d'une première ouverture . [0021] Un mode de réalisation prévoit un dispositif d'acquisition d'images comprenant un filtre angulaire tel que décrit ci-avant et un capteur d'images.
Brève description des dessins
[0022] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
[0023] la figure 1 illustre, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images ;
[0024] la figure 2 illustre, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images comprenant un filtre angulaire ;
[0025] la figure 3 illustre, par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images ;
[0026] la figure 4 illustre, par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images ; et
[0027] la figure 5 représente, par un graphique, la transmittance du filtre angulaire du dispositif illustré en figure 2 en fonction de l'incidence des rayons atteignant le filtre angulaire.
Description des modes de réalisation
[0028] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. [0029] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation du capteur d'images et des éléments autres que le filtre angulaire n'a pas été détaillée, les modes de réalisation et les modes de mise en oeuvre décrits étant compatibles avec les réalisations usuelles du capteur et de ces autres éléments.
[0030] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.
[0031] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0032] Sauf précision contraire, les expressions "l'ensemble des éléments", "tous les éléments", "chaque élément", signifient entre 95 % et 100 % des éléments.
[0033] Sauf précision contraire, l'expression "il comprend uniquement les éléments" signifie qu'il comprend, à au moins 90 % les éléments, de préférence qu'il comprend à au moins 95 % les éléments.
[0034] Dans la suite de la description, sauf précision contraire, une couche ou un film est dit opaque à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est inférieure à 10 %. Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit transparent à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est supérieure à 10 %. Selon un mode de réalisation, pour un même système optique, tous les éléments du système optique qui sont opaques à un rayonnement ont une transmittance qui est inférieure à la moitié, de préférence inférieure au cinquième, plus préférentiellement inférieure au dixième, de la transmittance la plus faible des éléments du système optique transparents audit rayonnement. Dans la suite de la description, on appelle "rayonnement utile" le rayonnement électromagnétique traversant le système optique en fonctionnement. Dans la suite de la description, on appelle "élément optique de taille micrométrique" un élément optique formé sur une face d'un support dont la dimension maximale, mesurée parallèlement à ladite face, est supérieure à 1 pm et inférieure à 1 mm.
[0035] Des modes de réalisation de systèmes optiques vont maintenant être décrits pour des systèmes optiques comprenant une matrice d'éléments optiques à taille micrométrique dans le cas où chaque élément optique à taille micrométrique correspond à une lentille à taille micrométrique, ou microlentille, composée de deux dioptres. Toutefois, il est clair que ces modes de réalisation peuvent également être mis en oeuvre avec d'autres types d'éléments optiques de taille micrométrique, chaque élément optique de taille micrométrique pouvant correspondre, par exemple, à une lentille de Fresnel de taille micrométrique, à une lentille à gradient d'indice de taille micrométrique ou à un réseau de diffraction de taille micrométrique.
[0036] Dans la suite de la description, on appelle lumière visible un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 700 nm, et, dans cette plage, lumière rouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 600 nm et 700 nm. On appelle rayonnement infrarouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1 mm. Dans le rayonnement infrarouge, on distingue notamment le rayonnement infrarouge proche dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1,7 pm.
[0037] La figure 1 illustre, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images 11.
[0038] Le système d'acquisition d'images 11, illustré en figure 1, comprend : un dispositif d'acquisition d'images 13 (DEVICE) ; et une unité de traitement 15 (Processing Unit - PU) .
[0039] L'unité de traitement 15 comprend, de préférence, des moyens de traitement des signaux fournis par le dispositif 11, non représentés en figure 1. L'unité de traitement 15 comprend, par exemple, un microprocesseur.
[0040] Le dispositif 13 et l'unité de traitement 15 sont, de préférence, reliés par une liaison 17. Le dispositif 13 et l'unité de traitement 15 sont, par exemple, intégrés dans un même circuit.
[0041] La figure 2 illustre, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images 19 comprenant un filtre angulaire.
[0042] Le dispositif d'acquisition d'images 19 représenté en figure 2 comprend, de bas en haut dans l'orientation de la figure : un capteur d'images 21 ; et un filtre angulaire 23, recouvrant le capteur d'images 21.
[0043] Dans la présente description, les modes de réalisation des dispositifs des figures 2 à 4 sont représentés dans l'espace selon un repère XYZ orthogonal direct, l'axe Y du repère XYZ étant orthogonal à la face supérieure du capteur d ' images 21.
[0044] Le capteur d'images 21 comprend une matrice de capteurs de photons 25, également appelés photodétecteurs. Les photodétecteurs 25 sont, de préférence, agencés sous forme matricielle. Les photodétecteurs 25 peuvent être recouverts d'un revêtement de protection et/ou d'un filtre de couleur (non représenté) . Les photodétecteurs 25 ont, de préférence, tous la même structure et les mêmes propriétés/caractéristiques . En d'autres termes, tous les photodétecteurs 25 sont sensiblement identiques aux différences de fabrication près. Le capteur d'images 21 comprend, en outre, des pistes conductrices et des éléments de commutation, notamment des transistors, non représentés, permettant la sélection des photodétecteurs 25. Les photodétecteurs 25 sont, de préférence, réalisés en matériaux organiques. Les photodétecteurs 25 peuvent correspondre à des photodiodes organiques (OPD, Organic Photodiode) , à des photorésistances organiques, à des photodiodes en silicium amorphe ou monocristallin intégrées sur un substrat à transistors en couches minces (TFT, Thin Film Transistor) ou un substrat à transistors à effet de champ à grille métal- oxyde, également appelés transistors MOS (Metal Oxide Semiconductor) .
[0045] Les photodiodes organiques 25 du capteur d'images 21 comprennent par exemple un mélange de poly(3,4- éthylènedioxythiophène ) (PEDOT) et de poly (styrène sulfonate) de sodium (PSS) . Le substrat est par exemple en silicium, de préférence en silicium monocristallin. Les régions de canal, de source et de drain des transistors TFT sont par exemple en silicium amorphe (a-Si ou amorphous Silicon) , en indium, gallium, zinc et oxyde (IGZO Indium Gallium Zinc Oxide) ou en silicium polycristallin basse température (LTPS ou Low Temperature Polycrystalline Silicon) .
[0046] Selon un mode de réalisation, chaque photodétecteur 25 est adapté à détecter le rayonnement visible et/ou le rayonnement infrarouge.
[0047] Le filtre angulaire 23 comprend : un réseau 27 de microlentilles 29 de taille micrométrique, par exemple plan-convexes ; une première matrice 31 ou couche de premiers trous ou ouvertures 33 délimitées par des premiers murs 35 opaques dans les domaines du visible et/ou de l'infrarouge ; et une deuxième matrice 41 de deuxièmes trous 43 ou ouvertures délimitées par des deuxièmes murs 45, le réseau 27 de microlentilles 29 étant situé entre la première matrice 31 et la deuxième matrice 41.
[0048] Selon un mode de réalisation, le réseau 27 de microlentilles 29 est formé sur et en contact avec un substrat ou support 28, le substrat 28 étant alors interposé entre les microlentilles 29 et la première matrice 31.
[0049] Le substrat 28, lorsqu'il est présent, peut être en un polymère transparent qui n'absorbe pas, au moins, les longueurs d'onde considérées, ici dans le domaine du visible et de l'infrarouge. Ce polymère peut notamment être du poly ( téréphtalate d'éthylène) PET, poly (métacrylate de méthyle) PMMA, polymère d' oléf inecyclique (COP) , polyimide (PI) , polycarbonate (PC) . L'épaisseur du substrat 28 peut varier entre 1 pm et 100 pm, de préférence entre 10 pm et 100 pm. Le substrat 28 peut correspondre à un filtre coloré, à un polariseur, à une lame demi-onde ou à une lame quart d'onde.
[0050] Les microlentilles 29 peuvent être réalisées en silice, en PMMA, en une résine photosensible positive, en PET, en poly (naphtalate d'éthylène) (PEN) , en COP, en polydiméthylsiloxane (PDMS) /silicone, en résine époxy ou en résine acrylate. Les microlentilles 29 peuvent être formées par fluage de blocs d'une résine photosensible. Les microlentilles 29 peuvent, en outre, être formées par moulage sur une couche de PET, PEN, COP, PDMS/silicone, de résine époxy ou de résine acrylate. Les microlentilles 29 sont des microlentilles convergentes ayant chacune une distance focale f comprise entre 1 pm et 100 pm, de préférence entre 1 pm et 70 pm. Selon un mode de réalisation, toutes les microlentilles 29 sont sensiblement identiques.
[0051] Selon le présent mode de réalisation, les microlentilles 29 et le substrat 28, lorsqu'il est présent, sont, de préférence, réalisés dans des matériaux transparents ou partiellement transparents, c'est-à-dire transparents dans une partie du spectre considéré pour le domaine visé, par exemple, l'imagerie, sur la plage de longueurs d'onde correspondant aux longueurs d'onde utilisées lors de l'exposition d'un objet à imager.
[0052] Les faces planes des microlentilles 29 font face aux premières ouvertures 33.
[0053] On appelle "hl" l'épaisseur des premiers murs 35. Les murs 35 sont, par exemple, opaques au rayonnement détecté par les photodétecteurs 25, par exemple absorbant et/ou réfléchissant par rapport au rayonnement détecté par les photodétecteurs 25. Les murs 35 absorbent ou réfléchissent dans le visible et/ou le proche infrarouge et/ou l'infrarouge. Les murs 35 sont, par exemple, opaques aux longueurs d'onde comprises entre 450 nm et 570 nm, utilisées pour l'imagerie (par exemple la biométrie et l'imagerie d'empreintes digitales) et/ou opaques aux longueurs d'ondes du rouge et de 1 ' infrarouge .
[0054] Dans la présente description, on appelle face supérieure de la couche 31 la face de la couche 31 située à l'interface entre la couche 31 et le substrat 28 (ou le cas échéant le réseau de microlentilles 29) . On appelle, en outre, face inférieure de la couche 31 la face de la couche 31 située à l'opposée de la face supérieure.
[0055] En figure 2, les ouvertures 33 sont représentées avec une section trapézoïdale dans le plan YZ . De façon générale, chaque ouverture 33 peut avoir une forme carrée, rectangulaire ou avoir la forme d'un entonnoir. Chaque ouverture 33, vue de dessus (c'est-à-dire dans le plan XZ) , peut avoir une forme circulaire, ovale ou polygonale, par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire ou trapézoïdale. Chaque ouverture 33, vue de dessus, à une forme de préférence circulaire. On définit par largeur d'une ouverture 33 la dimension caractéristique de l'ouverture 33 dans le plan XZ . Par exemple, pour une ouverture 33 ayant une section de forme carrée dans le plan XZ, la largeur correspond à la dimension d'un coté et pour une ouverture 33 ayant une section de forme circulaire dans le plan XZ, la largeur correspond au diamètre de l'ouverture 33. Dans l'exemple représenté, la largeur des ouvertures 33, au niveau de la face supérieure de la couche 31, est supérieure à la largeur des ouvertures 33, au niveau de la face inférieure de la couche 31. De plus, on appelle centre d'une ouverture 33 le point situé à l'intersection de l'axe de symétrie des ouvertures 33 et de la face inférieure de la couche 31. Par exemple, pour des ouvertures 33 circulaires, le centre de chaque ouverture 33 est situé sur l'axe de révolution de l'ouverture 33.
[0056] Selon un mode de réalisation, les premières ouvertures 33 sont disposées en rangées et en colonnes. Les rangées, les colonnes, peuvent être arrangées en quinconce, c'est-à-dire que deux rangées successives, deux colonnes successives, sont désalignées. Les ouvertures 33 peuvent toutes avoir sensiblement les mêmes dimensions. On appelle "wl" le diamètre des ouvertures 33 (mesuré à la base des ouvertures, c'est-à- dire à l'interface avec le substrat 28 ou les microlentilles 29) . On appelle "PI" le pas de répétition des ouvertures 33, c'est-à-dire la distance, selon l'axe X ou l'axe Z, entre des centres de deux ouvertures 33 successives d'une rangée ou d'une colonne.
[0057] Chaque première ouverture 33 est, de préférence, associée à une seule microlentille 29 de la première matrice 31. Les axes optiques des microlentilles 29 sont, de préférence, alignés avec les centres des ouvertures 33 de la première matrice 31. Le diamètre des microlentilles 29 est, de préférence, supérieur à la section maximale (mesurée perpendiculairement aux axes optiques) des ouvertures 33.
[0058] Le pas PI peut être compris entre 4 pm et 50 pm, par exemple égal à environ 15 pm. La hauteur hl peut être comprise entre 1 pm et 1 mm, de préférence, être comprise entre 1 pm et 20 pm. La largeur wl peut, préférentiellement, être comprise entre 1 pm et 50 pm, par exemple être égale à environ 10 pm.
[0059] Selon le mode de réalisation illustré en figure 2, chaque photodétecteur 25 est associé à quatre ouvertures 33 (il est par exemple associé à deux ouvertures 33 selon l'axe
X et à deux ouvertures 33 selon l'axe Z) . En pratique, la résolution du filtre angulaire 23 peut être plus de quatre fois supérieure à la résolution du capteur d'images 21. En d'autres termes, en pratique, il peut y avoir plus de quatre fois plus de premières ouvertures 33 que de photodétecteurs 25.
[0060] La structure associant le réseau 27 de microlentilles
29 et la première matrice 31 est adaptée à filtrer le rayonnement incident en fonction de l'incidence du rayonnement par rapport aux axes optiques des microlentilles 29 du réseau 27. En d'autres termes, la structure est adaptée à filtrer les rayons incidents, arrivant sur les microlentilles, en fonction de leurs incidences. La structure associant le réseau 27 de microlentilles 29 et la première matrice 31 est adaptée à bloquer les rayons du rayonnement incident dont les incidences respectives par rapport aux axes optiques des microlentilles 29 du filtre 23 sont supérieures à une première incidence maximale. Cette structure est adaptée à ne laisser passer que des rayons dont l'incidence par rapport aux axes optiques des microlentilles 29 est inférieure à la première incidence maximale. Par exemple, la structure ne laisse passer que des rayons incidents ayant une incidence inférieure à 45°, de préférence inférieure à 30°, plus préférentiellement inférieure à 10°, encore plus préférentiellement inférieure à 4°, par exemple de l'ordre de 3,5° .
[0061] Les premières ouvertures 33 sont, par exemple, remplies d'air, d'un vide partiel ou d'un matériau au moins partiellement transparent dans les domaines du visible et de l'infrarouge. Le matériau de remplissage des ouvertures 33 forme, optionnellement , une couche 37 en face inférieure de la première matrice 31 de façon à recouvrir les premiers murs 35 et planariser ladite face inférieure de la première matrice 31.
[0062] Les microlentilles 29 sont, de préférence, recouvertes par une couche 39 de planarisation . La couche 39 est en un matériau au moins partiellement transparent dans les domaines du visible et de l'infrarouge, elle peut alors jouer le rôle d'un filtre de couleur.
[0063] Selon le mode de réalisation illustré en figure 2, la deuxième matrice est située au dessus du réseau 27 de microlentilles 29. Plus précisément, la deuxième matrice est située sur la face supérieure de la couche 39. [0064] On appelle "h2" l'épaisseur des deuxièmes murs 45. Les deuxièmes murs 45 sont, par exemple, de même nature et de même opacité que les premiers murs 35.
[0065] En figure 2, les ouvertures 43 sont représentées avec une section dans le plan YZ rectangulaire. De façon générale, chaque ouverture 33 peut avoir une forme carrée, triangulaire, trapézoïdale ou avoir la forme d'un entonnoir. Chaque ouverture 43, vue de dessus (plan XZ) , peut avoir une forme circulaire, ovale ou polygonale, par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire ou trapézoïdale. Chaque ouverture 43, vue de dessus, à une forme de préférence circulaire.
[0066] Selon un mode de réalisation, les deuxièmes ouvertures 43 sont disposées en rangées et en colonnes. Les ouvertures, peuvent être arrangées en quinconce. Les ouvertures 43 peuvent toutes avoir sensiblement les mêmes dimensions (aux dispersions de fabrication près) . On appelle "w2" la largeur ou le diamètre des ouvertures 43 (mesuré à la base des ouvertures, c'est-à-dire à l'interface avec la couche 39) . Selon un mode de réalisation, les ouvertures 43 sont disposées régulièrement selon les rangées et selon les colonnes. On appelle "P2" le pas de répétition des ouvertures 43, c'est- à-dire la distance en vue de dessus entre des centres de deux ouvertures 43 successives d'une rangée ou d'une colonne.
[0067] Selon le mode de réalisation illustré en figure 2, il y a au moins deux fois plus, de préférence au moins quatre fois plus de deuxièmes ouvertures 43 que de premières ouvertures 33. Ainsi le pas P2 est inférieur au pas PI et la largeur w2 est inférieure à la largeur wl . Un avantage à prévoir un pas P2 inférieur au pas PI, et donc un nombre d'ouvertures 43 supérieur au nombre d'ouvertures 41, est que ceci permet de ne pas avoir d'impact sur la qualité de l'image formée sur le capteur (dérivé de la théorie de Nyquist) . En particulier, dans l'exemple de la figure 2, la matrice 41 ne sera pas imagée sur le capteur à travers la matrice 31. Ceci est tout particulièrement vrai lorsque le pas P2 de la matrice 41 est au moins deux fois et de préférence au moins 4 fois inférieur au pas PI de la matrice 31. Une solution alternative serait d'aligner parfaitement les 2 matrices mais ceci peut être relativement complexe à mettre en oeuvre. Prévoir une différence de pas, de préférence d'un facteur au moins égal à 2, permet de ne pas avoir à faire cet alignement.
[0068] Selon un mode de réalisation, il y a au moins deux fois plus, de préférence au moins quatre fois plus, de premières ouvertures 33 que de deuxièmes ouvertures 43. Ainsi le pas PI est inférieur au pas P2 et la largeur wl est inférieure à la largeur w2.
[0069] Le pas P2 peut être compris entre 4 pm et 50 pm, par exemple égal à environ 6 pm. La hauteur h2 peut être comprise entre 1 pm et 100 mm, de préférence, être comprise entre 1 pm et 50 pm. La largeur w2 peut, préférentiellement, être comprise entre 1 pm et 45 pm, par exemple être égale à environ 4 pm.
[0070] Les deuxièmes ouvertures 43 sont, par exemple, remplies d'air, d'un vide partiel ou d'un matériau au moins partiellement transparent dans les domaines du visible et de l'infrarouge, par exemple un matériau utilisé comme filtre de couleur .
[0071] La deuxième matrice 41 est adaptée à filtrer le rayonnement incident en fonction de l'incidence du rayonnement par rapport à l'axe Y. La deuxième matrice 41 est adaptée à ne laisser passer que des rayons ayant une incidence inférieure à une deuxième incidence maximale, supérieure strictement à la première incidence maximale. En d'autres termes, la deuxième matrice 41 est adaptée à ne laisser passer que des rayons, arrivant sur la matrice 41, ayant une incidence inférieure à la deuxième incidence maximale. La deuxième incidence maximale est, de préférence, supérieure à 15°. La deuxième incidence maximale est, de préférence, inférieure à 60°, de préférence inférieure ou égale à 30°. En d'autres termes, la deuxième matrice 41 est adaptée à bloquer les rayons incidents dont les incidences respectives, par rapport à l'axe Y, sont supérieures à la deuxième incidence maximale .
[0072] La structure comprenant le réseau 27 de microlentilles 29 et la première matrice 31 d'ouvertures 33 permet théoriquement de bloquer tous les rayons dont l'incidence est supérieure à la première incidence maximale. Toutefois, en pratique, on observe que certains rayons d'incidences supérieures à la première incidence maximale parviennent néanmoins à traverser la première matrice 31. Il s'agit de rayons d'incidences supérieures à la première incidence maximale qui atteignent une microlentille 29 et passent par l'ouverture 33 sous-jacente d'une microlentille 29 voisine. Ce phénomène est appelé diaphonie optique (optical crosstalk) ou couplage parasite et peut entraîner une baisse de résolution des photodétecteurs 25. La deuxième matrice 41 a pour but de bloquer les rayons d'incidences supérieures à la deuxième incidence maximale et qui pourraient entraîner de la diaphonie optique.
[0073] En figure 2, chaque rayon arrive avec la même incidence sur la face supérieure de la matrice 41 et sur les microlentilles 29. En figure 2, lorsque l'on parle de rayons incidents, on parle alors de rayons incidents au dispositif d'acquisition d'images 19. Le rayonnement incident au dispositif 19 comprend : des rayons 47 d'incidence nulle (perpendiculaires aux faces planes des microlentilles 29) ; des rayons 49 d'incidence a supérieure strictement à 0° et inférieure ou égale à la première incidence maximale, par exemple, environ 4° ; des rayons 51 d'incidence p supérieure strictement à la première incidence maximale et inférieure ou égale à la deuxième incidence maximale, par exemple, environ 20° ; et des rayons 53 d'incidence y supérieure strictement à la deuxième incidence maximale.
[0074] Une partie des rayons incidents au dispositif 19 sont néanmoins bloqués par les murs alors qu'ils ont une incidence inférieure à la deuxième incidence maximale. Ce sont les rayons qui arrivent sur les faces supérieures des murs 45 ou sur les parois latérales des murs 45. La proportion de rayons d'incidences inférieures à la deuxième incidence maximale et néanmoins bloqués dépend de l'incidence respective des rayons Ces rayons d'incidences inférieures à la deuxième incidence maximale et néanmoins bloqués ne sont pas représentés en figure 2.
[0075] Les rayons incidents 47, 49 et 51 illustrés en figure
2 sont les rayons incidents dont l'incidence est inférieure à la deuxième incidence maximale et qui ne sont ni bloqués par les faces supérieures ni par les parois latérales des murs 45.
[0076] Chaque rayon 47 traverse la deuxième matrice 41 et le réseau 27 de microlentilles 29 en émergeant de la microlentille 29 qu'il traverse de façon à passer par le foyer image de ladite microlentille 29. Le foyer image de chaque microlentille 29 est situé sur ou au voisinage de la face inférieure de la première matrice 31 de premières ouvertures 33, au centre de l'ouverture 33 à laquelle la microlentille 29 est associée. La structure associant le réseau 27 de microlentilles 29 et la première matrice 31 ne bloque pas les rayons 47. Chaque rayon 47 est donc capté par le capteur d'images 21 et plus précisément par le photodétecteur 25 sous- jacent de la microlentille 29 traversée par le rayon 47.
[0077] Les rayons 49 sont similaires aux rayons 47, dans leurs parcours dans l'ensemble du filtre angulaire 23. Ni la deuxième matrice 41 ni la structure associant le réseau 27 de microlentilles 29 et la première matrice 31 ne bloquent les rayons 49. Chaque rayon 49 donc est capté par le capteur d'images 21 et plus précisément par le photodétecteur 25 sous- jacent de la microlentille 29 traversée par ledit rayon.
[0078] Chaque rayon 51 traverse la deuxième matrice 41 de sorte à atteindre les microlentilles 29. Les rayons 51 sont toutefois bloqués par la structure associant la réseau 27 de microlentilles 29 et la première matrice 31, contrairement aux rayons 49 ou 47. Les rayons 51 n'atteignent donc pas les photodétecteurs 25.
[0079] Les rayons 53, ayant des incidences supérieures à la deuxième incidence maximale sont bloqués intégralement par la deuxième matrice 41. Les rayons 53 n'atteignent donc pas les microlentilles 29 et les photodétecteurs 25.
[0080] En sortie du filtre angulaire 23, le capteur d'images 21 ne capte alors que les rayons 47 et 49, ayant des incidences inférieures à la première incidence maximale.
[0081] La figure 3 illustre, par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images 55.
[0082] Plus particulièrement, la figure 3 illustre un dispositif d'acquisition d'images 55 similaire au dispositif 19 illustré en figure 2 à la différence près que la deuxième matrice 41 est située entre le réseau 27 de microlentilles 29 et la première matrice 31. [0083] En figure 3, la deuxième matrice 41 est située entre le réseau 27 de microlentilles 29 et le substrat 28 toutefois en pratique, la deuxième matrice 41 peut être située entre le substrat 28 et la première matrice 31.
[0084] Selon le mode de réalisation illustré en figure 3, et à la différence du dispositif 19 illustré en figure 2, les rayons incidents atteignent d'abord les microlentilles 29 et sont déviés par celles-ci. Les rayons déviés sont ensuite filtrés, par la deuxième matrice 41 puis par la première matrice 31.
[0085] A titre d'exemple, chaque rayon 47, 49, 51 et 53 réfracté par une microlentille 29 est dévié d'un angle de sorte à former un angle 5, a', p', y' avec l'axe optique de la microlentille 29.
[0086] Ceux des rayons 47, 49, 51 et 53 arrivant sur la face supérieure de la deuxième matrice 41 avec une incidence supérieure à la deuxième incidence maximale sont bloqués par la deuxième matrice 41. En outre, ceux des rayons 47, 49, 51, 53 arrivant sur le réseau de microlentilles 29 avec incidence supérieure à la première incidence maximale sont bloqués par la première matrice 31.
[0087] La figure 4 illustre, par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images 57.
[0088] Plus particulièrement, la figure 4 illustre un dispositif d'acquisition d'images 57 similaire au dispositif 55 illustré en figure 3 à la différence près que la deuxième matrice 41 est située entre la première matrice 31 et le capteur d'images 21.
[0089] Selon le mode de réalisation illustré en figure 4, et à la différence du dispositif 19 illustré en figure 2, les rayons incidents atteignent d'abord les microlentilles 29 et sont déviés par celles-ci. Les rayons déviés sont ensuite filtrés, par la première matrice 31 puis par la deuxième matrice 41.
[0090] De façon similaire au dispositif 55, chaque rayon 47, 49, 51 et 53 réfracté par une microlentille 29 est dévié d'un angle de sorte à former un angle 5, a', p', y' avec l'axe optique de la microlentille 29.
[0091] Ceux des rayons 47, 49, 51 et 53 arrivant sur le réseau 27 de microlentilles 29 avec une incidence supérieure à la première incidence maximale sont bloqués par la première matrice 31. Ceux des rayons 47, 49, 51, 53 arrivant que la face supérieure de la deuxième matrice avec une incidence supérieure à la deuxième incidence maximale sont bloqués par la deuxième matrice 41.
[0092] La figure 5 représente, par un graphique, la transmittance du filtre angulaire du dispositif illustré en figure 2 en fonction de l'incidence des rayons atteignant le filtre angulaire.
[0093] Plus particulièrement, la figure 5 illustre trois courbes 59, 61 et 63 représentant, chacune la transmittance normalisée (Transmission) des rayons dans différentes parties du filtre angulaire 23 illustré en figure 2, en fonction de l'incidence desdits rayons (Angles (°) ) .
[0094] Le graphique illustré en figure 5 comprend : une courbe 59 correspondant à la transmittance des rayons traversant la structure associant le réseau 27 de microlentilles 29 et la première matrice 31 ; une courbe 61 correspondant à la transmittance des rayons traversant la deuxième matrice 41 ; et une courbe 63 correspondant à la transmittance des rayons traversant l'ensemble du filtre angulaire 23 tel qu'illustré en figure 2. [0095] Chacune des courbes 59, 61 et 63 a été obtenue par une simulation dans laquelle : la distance focale des microlentilles 29 est comprise entre 10 pm et 70 pm ; les microlentilles 29 sont positionnées sur et en contact avec un substrat 28 d'une épaisseur comprise entre 10 pm et 60 pm ; les premières ouvertures 33 sont de forme trapézoïdale ; les ouvertures 33 ont une largeur wl au niveau de la face supérieure de la matrice 31 comprise entre 1 pm et 45 pm, une largeur au niveau de la face inférieure de la matrice 31 comprise entre 1 pm et 40 pm, une hauteur hl comprise entre 1 %m et 50 pm, et un pas PI de l'ordre de 5 pm ; les ouvertures 43 sont de forme rectangulaire ; et les ouvertures 43 ont une largeur w2 comprise entre 1 pm et 45 pm, une hauteur h2 comprise entre 1 pm et 50 pm et un pas P2 compris entre 4 pm et 59 pm.
[0096] En pratique, l'association du réseau de microlentilles et de la première matrice, respectivement la deuxième matrice, ne permet pas de bloquer de façon nette les rayons dont l'incidence est supérieure à la première incidence maximale, respectivement la deuxième incidence maximale. On parle alors de valeur de blocage, c'est-à-dire la première incidence maximale, respectivement la deuxième incidence maximale, comme étant la demi-largeur à la moitié de la transmittance maximale du réseau 27 et de la matrice 31, respectivement la matrice 41 ou demi-largeur à mi-hauteur de la courbe 59, respectivement la courbe 61. C'est-à-dire que les rayons dont l'incidence est égale à cette valeur sont bloqués à 50%, les rayons dont l'incidence est supérieure à cette valeur sont majoritairement non bloqués et les rayons dont l'incidence est inférieure à cette valeur sont ma oritairement bloqués par l'association du réseau de microlentilles et de la première matrice 31, respectivement par la deuxième matrice 41.
[0097] Avec les dimensions indiquées précédemment, la demi- largeur à mi-hauteur de la courbe 59 ou demi-largeur à la moitié de la transmittance maximale de la première matrice (HWHM : Half Width High Maximum) est égale à environ 3,5° et la demi-largeur à mi-hauteur de la courbe 61 ou demi-largeur à la moitié de la transmittance maximale de la deuxième matrice est égale à environ 20°.
[0098] La première courbe 59 comprend, deux deuxièmes pics, dits pics secondaires, pour des incidences d'environ 25° et -25°. La transmittance, de rayons ayant une incidence égale à environ 25°, est environ égale à 0,05. Ces pics secondaires correspondent au passage, par le réseau de microlentilles 29 ou la première matrice 31, de rayons ayant des incidences comprises entre environ 20° et environ 40°, captés par un photodétecteur 25 voisin du photodétecteur 25 sous-jacent à la microlentille 29 ou l'ouverture 33 que le rayon traverse.
[0099] La deuxième courbe 61 est caractéristique d'un filtre passe bande laissant passer les rayons dont les incidences sont entre 20° et -20°.
[0100] Mathématiquement, les valeurs de la courbe 63 correspondent à une multiplication de la valeur de la courbe 59 et de la valeur de la courbe 61 pour une même incidence donnée. La troisième courbe 63 n'a, en comparaison à la courbe 59, pas de pics secondaires. La transmittance des rayons au- delà de 20° est tend alors vers 0.
[0101] Un avantage qui apparaît est que la combinaison de deux matrices d'ouvertures permet de bloquer complètement les rayons incidents ayant une incidence supérieure à la deuxième incidence maximale. Le blocage complet des rayons incidents ayant une incidence supérieure à la deuxième incidence maximale permet de réduire , voire de supprimer, la diaphonie optique correspondant aux pics secondaires 63 .
[ 0102 ] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits . La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées , et d' autres variantes apparaîtront à la personne du métier . Les modes de réalisations décrits ne se limitent pas aux exemples de dimensions et de matériaux mentionnés ci-dessus .
[ 0103 ] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus .

Claims

REVENDICATIONS Filtre angulaire (23) pour dispositif d'acquisition d'images (19 ; 55 ; 57) comportant un empilement comprenant : une première matrice (31) de premières ouvertures (33) délimitées par des premiers murs (35) opaques à un rayonnement visible et/ou infrarouge ; un réseau (27) de microlentilles (29) ; et une deuxième matrice (41) de deuxièmes ouvertures (43) délimitées par des deuxièmes murs (45) opaques au rayonnement visible et/ou infrarouge, dans lequel le pas (P2) de la deuxième matrice (41) est inférieur au pas (PI) de la première matrice (31) . Filtre angulaire selon la revendication 1, dans lequel le nombre de deuxièmes ouvertures (43) est, au moins, deux fois plus élevé que le nombre de premières ouvertures (33) . Filtre angulaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le réseau (27) de microlentilles (29) est situé entre la première matrice (31) et la deuxième matrice (41) . Filtre angulaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la deuxième matrice (41) est située entre le réseau (27) de microlentilles (29) et la première matrice (31) . Filtre angulaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première matrice (31) est située entre le réseau de microlentilles (29) et la deuxième matrice (41) . Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel : la structure comprenant le réseau (27) de microlentilles (29) et la première matrice (31) est adaptée à bloquer des rayons incidents ayant une incidence, par rapport aux axes optiques des microlentilles (29) , supérieure à une première incidence maximale ; et la deuxième matrice (41) est adaptée à bloquer des rayons incidents ayant une incidence, par rapport aux axes optiques des microlentilles (29) , supérieure à une deuxième incidence maximale, la deuxième incidence maximale étant supérieure à la première incidence maximale . Filtre angulaire selon la revendication 6, dans lequel la première incidence maximale qui correspond à la demi- largeur à la moitié de la transmittance maximale est inférieure à 10°, de préférence inférieure à 4°. Filtre angulaire la revendication 6 ou 7, dans lequel la deuxième incidence maximale qui correspond à la demi- largeur à la moitié de la transmittance maximale est supérieure à 15° et inférieure à 60°. Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel la deuxième incidence maximale est inférieure ou égale à 30°. . Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les premières ouvertures (33) sont remplies d'air, d'un vide partiel ou d'un matériau au moins partiellement transparent dans les domaines du visible et de l'infrarouge. . Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les deuxièmes ouvertures (43) sont remplies d'air, d'un vide partiel ou d'un matériau au moins partiellement transparent dans les domaines du visible et de l'infrarouge.
. Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel une seule microlentille (29) est à l'aplomb d'une première ouverture (33) . . Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel chaque microlentille (29) est à l'aplomb d'une seule première ouverture (33) .. Filtre angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l'axe optique de chaque microlentille (29) est aligné avec le centre d'une première ouverture (33) . . Dispositif d'acquisition d'images (19 ; 55 ; 57) comportant un filtre angulaire (23) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 et un capteur d'images (21) .
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