FR2803395A1

FR2803395A1 - Microsysteme optique solide a face plane et procede de realisation d'un tel microsysteme

Info

Publication number: FR2803395A1
Application number: FR9916759A
Authority: FR
Inventors: Marc Rabarot
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-06
Also published as: WO2001050158A1

Abstract

Procédé de fabrication d'un microsystème optique comprenant les étapes successives suivantes : a) la mise en forme d'un substrat optique (100) en un premier matériau optique pour y pratiquer au moins une microlentille (110) présentant un relief,b) la formation d'une calotte de recouvrement (120) de la microlentille, incluant au moins un deuxième matériau optique différent du premier matériau optique et présentant une couche superficielle (122) avec une épaisseur supérieure au relief de la microlentille,c) l'aplanissement de la couche superficielle (122, 126). Application à la fabrication de composants de micro-optique.

Description

MICROSYSTEME OPTIQUESOLIDE A FACE PLANE ET PROCEDE REALISATION D'UN TEL MICROSYSTEME Domaine technique La présente invention se rapporteà microsystème optique solideà face plane età un procède de réalisation d'un tel microsystème.

on entend par microsystème optique solide un ensemble constitué d'au moins deux matériaux optiques différents qui définissent un ou plusieurs dioptres propresà la réfraction de rayons lumineux.

L'invention trouve des applications dans la fabrication de composants de micro-optique, tels que des lentilles, des réseaux de lentilles, des micro- objectifs ou des cavités laser, par exemple.

De tels composants sont utilisés notamment dans les domaines des communications, des microtechnologies, ou des biotechnologies.

Etat la technique antérieure Le texte qui suit fait référenceà un certain nombre de documents(1) à (14) dont les références détaillées sont donnéesà la fin de la description pour des raisons de commodité.

On connaîtà l'heure actuelle un certain nombre de techniques permettant la fabrication de microlentilles sphériques, cylindriques ou asphériques.

Une première technique, illustrée par les documents(1) et (2) est désignée par technique de réplication par emboutissage. Cette technique fait appel1 une matrice d'emboutissage présentant une forme déterminée. La matrice est utilisée pour imprimer une forme complémentaire dans un matériau optique qu'un verre fusible, un polymère ou une résine photosensible. La réplique de la forme de la matrice présente une qualité de surface comparableà celle de la matrice. Cependant, cette technique ne peut être mise en oeuvre que pour matériaux optiques plastiques.

Une deuxième technique de fabrication de microlentilles, illustrée par le document(3), est designée par technique de lithographieà masque en densité variable.

Cette technique fait appelà un masque pr ésentant des plagesà des densités différentes (différents niveaux de gris), utilisé pour insoler une résine. Les plages de différentes densités permettent d'insoler localement la résineà des profondeurs egalement différentes. La technique de lithographie 'avère avantageuse car elle permet en unique cycle d'insolation et de développement de structurer une resine avec un relief souhaité Elle fait cependant appelà des machines de lithographie projection relativement coÛteuses et complexes.

Les documents (4),(5) et(6) illustrent une troisième technique de fabrication de microlentilles dite technique d'insolation par balayage de faisceau. Selon cette technique, on soumet une résine sensibleà faisceau laser ouà un faisceau d'électrons avant de la développer. La résine est balayée par le faisceau et la forme de la lentille finalement obtenue est dictée par une modulation de l'intensité du faisceau ou de la vitesse de balayage.

quatrième technique connue de fabrication de microlentilles est illustrée par le document(7). Il s'agit lune technique de gravure ionique réactive. Le matériau optique sélectionné pour la réalisation de la lentille est directement soumisà une gravure au moyen d'un plasma réactifà travers un masque. Les dimensions du masque et les paramètres de la gravure sont ajustés pour conférer au matériau la forme souhaitée. Ce procédé reste toutefois limitéà une gamme limitée de matériaux susceptibles d'être gravés par plasma réactif.

document(8) décrit une cinquième technique de fabrication de lentilles, diteà transfert de forme. Un pavé résine, formé sur un substrat de matériau optique, est soumisà un fluage thermique pour lui conférer une forme convexe. Cette forme est ensuite transférée dans le matériau optique sous-jacent moyen d'une gravure anisotrope simultanée du substrat et de résine. La forme du relief pratiqué dans substrat est déterminé par la forme donnéeà la résine et par sélectivité de gravure entre la résine et matériau optique.

Les différentes techniques de fabrication microlentilles indiquées ci-dessus permettent d'obtenir des composants dont les caractéristiques optiques sont limitéesà des gammes de valeurs assez restreintes.

En général, il est assez difficile, voire impossible d'obtenir des microientilles de grande distance focale. On considère, dans le cadre des techniques décrites, qu'une grande distance focale est une distance focale excédant quelques millimètres.

Pour obtenir des composants avec une distance focale plus importante, plusieurs méthodes peuvent également être mentionnées.

Une première méthode décrite dans le document (9) consisteà réaliser des composants' gradient indice. Ceux-ci sont obtenus par un échange d'ions alcalins entre un matériau optique vitreux un bain sels d'argent par exemple. on obtient ainsi des lentilles appelées lentilles "GRIN" (Graded Index en Anglais) dont les distances focales peuvent être ajustées. Les distances focales ne peuvent être ajustées cependant que dans une limite de compatibilité entre les bains d'échange d'ions et les matériaux optiques utilisés. Les lentilles obtenues présentent, en général, une distance focale inférieure au millimètre.

Une deuxième méthode, permettant d'adapter et d'augmenter la distance focale des lentilles, consiste 1 immerger et maintenir les lentilles dans un milieu liquide d'indice déterminé. Cette méthode est illustrée le document(10) par exemple. Le milieu liquide est retenu par capillarité entre la lentille et un superstrat en verre situéà faible distance de la lentille.

Cette construction permet d'ajuster la distance focale dans une large gamme de valeurs. La présence de liquide dans la structure finale ne permet pas d'envisager son intégration dans un microsystème compact. De plus, la structure est susceptible d'être affectée de façon destructive par des variations de température ou d'hygrométrie.

Une troisième méthode permettant d'adapter la distance focale des lentilles est illustrée par le document(11). Celle-ci se distingue de la méthode décrite ci-dessus par le fait que le liquide d'adaptation d'indice fixe est remplacé par cristal liquide dont l'indice de réfraction peut être contrôlé par un champ électrostatique. Ce champ est appliqué au cristal liquide au moyen d'électrodes sont transparentes pour la lumière devant traverser la lentille.

Les structures optiques incluant lentille et une pellicule de cristal liquide souffrent cependant des mêmes limitations que les structures précédemment décrites et, en particulier, s'avèrent adaptéesà intégration dans un système compact.

Une quatrième méthode permettant également une adaptation "active" de la distance focale est illustrée par le document (12). Cette méthode consiste pour l'essentielà déformer une membrane transparente pour en modifier la distance focale.

Un fluide d'indice connu, contenu dans une chambre localement délimitée par la membrane transparente, permet de déformer celle-ci faisant varier sa pression.

La membrane en verre, d'une épaisseur de 50pm, définit une lentille d'un diamètre de10 mm dont la distance focale pourrait varier jusqu'à des valeurs de plusieurs mètres. L'association 'une lentilleà un système de "microfluidiquel' constitue cependant une contrainte qui n'est pas compatible avec les impératifs d'intégration imposés pour certaines applications.

Exposé de l'invention La présente invention a pour but de proposer un microsystème optique son procédé de fabrication ne présentant pas les limitations des techniques de fabrication de lentilles ou des méthodes d'adaptation de distance focale présentées ci-dessus.

Un but est particulier de proposer un tel microsystème qui soit compact, susceptible d'une forte intégration, qui soit durable et insensible aux conditions extérieures d'utilisation. Ce type de composant pouvant être actif ou passif.

Un but est également de proposer un procédé de fabrication permettant d'obtenir des systèmes optiques avec une distance focale plus importante que celle des lentilles obtenues par les techniques de fabrication connues.

Pour atteindre ces buts, l'invention a plus précisément pour obj un procédé de fabrication d'un microsystème optique comprenant les étapes successives suivantes: a) la mise en forme 'un substrat optique en un premier matériau optique poury pratiquer au moins une microlentille présentant un relief, b) la formation d'une calotte de recouvrement de la microlentille, incluant au moins un deuxième matériau optique, différent du premier matériau optique, et présentant une couche superficielle avec épaisseur supérieure au relief de la microlentille, c) 'aplanissement de la couche superficielle.

On entend par matériau optique un materiau sensiblement transparentà la lumière et en particulier à longueur d'ondes de la lumière de travail prévue pour le microsystème.

on considère, par ailleurs, que deux matériaux optiques sont différents s'ils présentent des indices de refraction différents, de sorte que leur association permette de former un dioptre.

L'étape a) du procédé comprend la formation di ou de plusieurs lentilles. Elle comprend, par exemple, la formation d'un réseau de lentilles.

La lentille ou les lentilles forméesà l'etape a) présentent un relief qui est caractérisé par une hauteur h mesuréeà l'apex des lentilles. Cette hauteur correspond ainsià 1-épaisseur', de la lentille selon son optique.

Dans la description qui suit, on désigne par substrat optique le matériau dans lequel est formee la microlentille. Il convient cependant de préciser que l'étape a) du procédé peut être précédée la formation d'une couche de matériau optique sur un substrat de support, distinct du substrat optique. Dans ce cas, la couche de matériau optique constitue le substrat optique.

La microlentille est formée directement dans le substrat optique. Cette opération peut avoir lieu en mettant en oeuvre, selon le matériau du substrat optique, exemple l'un des procédés suivants: - le procédé de lithographieà masques "en densité variable", - le procédé d'insolation par balayage de faisceau, - le procédé de gravure ionique réactive, - le procédé de réplication par emboutissage, tout autre procédé équivalent.

Ces procédés, bien connus en soi, sont décrits dans la partie introductive de la description et sont largement illustrés par les documents(1) à (8) dej' évoqués, auxquels on peut se référer.

Selon une autre possibilité, la mise en forme substrat optique lors de l'étape a) peut comporter - le dépôt et la mise en forme d'un bossage matériau fluable, c'est-à-dire susceptible de fluage,à la surface du substrat, - la gravure du substrat et du bossage de résine pour imprimer au substrat un relief.

Le matériau fluable peut être, par exemple, résine ou un matériau fusible tel qu'un alliage métalliqueà bas point de fusion.

Lors de la gravure, préférentiellement anisotrope, du substrat et du bossage, des parties substrat recouvertes d'une épaisseur plus ou moins importante du matériau du bossage sont plus ou moins rapidement entamées par la gravure. Ainsi, la forme générale du bossage est transférée dans le substrat optique sous-jacent. La forme du relief finalement conférée au substrat optique, bien que dictée par celle du bossage, est largement influencée les paramètres de gravure, et notamment par la sélectivité de la gravure du matériau optique par rapport au matériau du bossage.

La mise en forme initiale du bossage peut avoir lieu par un fluage thermique. Selon la quantité du matériau du bossage et le diamètre du bossage, ainsi qu'en fonction des conditions de traitement thermique mises en oeuvre (température, durée) on peut obtenir un bossage avec une forme convexe ou concave, sensiblement sphérique.

En maintenant des paramètres de gravure constants, le relief conféré au substrat optique est également sensiblement sphérique et homothétiqueà celui du bossage.

En revanche, si paramètres de gravure sont modifiés au cours de cette étape, il est possible de conférer au substrat un relief asphérique.

Les aspects de gravure du substrat seront décrits plus en détail dans la suite du texte en référence aux figures.

L'étapeb) du procédé de l'invention consisteà former une calotte de recouvrement du substrat. La fonction de cette calotte est de constituer avec le substrat optique et en particulier avec la partie du substrat constituant la microlentille un dioptre.

La calotte peut être constituée d'une seule couche de matériau optique. Celle-ci doit alors être en un matériau optique different de celui du substrat optique et doit présenter épaisseur supérieureà la hauteur h de son relief. La couche unique constitue dans ce cas la couche superficielle au sens de l'invention.

La calotte peut également présenter une structure multicouche. Elle peut comporter dans ce cas une première couche en un deuxième materiau optique différent du premier matériau optique utilisé pour le substrat optique, et uneou plusieurs couches supplémentaires, dont au moins l'une, constituant la couche superficielle, présente une épaisseur supérieure à la hauteur du relief.

Cette couche superficielle peut être en un matériau optique identique au premier au deuxième matériau optique, ou encore en un matériau différent de ceux-ci Selon une particularité de mise en oeuvre de l'invention, avec une calotteà deux ouà plusieurs couches le procédé peut comprendre, avant le dépôt d'une deuxième couche de matériau optique, la mise en formed une première couche, déposée préalablement.

La mise en forme de la première couche peut, de la façon évoquée précédemment, comporter: - le depôt et la mise en forme par fluage d'un bossage de matériau fluable à la surface de la première couche, - la gravure de la première couche et du bossage pour imprimerà la première couche un relief.

L'étape c) est une étape essentielle du procédé de l'invention lors de laquelle la surface libre de la couche dite superficielle est rendue plane. Dans le cas où le microsystème est réalisé' partir d'un substrat optique parallélépipédique à faces planes parallèles, la surface libre est rendue plane parallèle aux faces principales du substrat optique.

L'aplanissement de la couche superficielle permet de conférerà la calotte sa fonction d'ajustage de la distance focale de la microlentille réalisée dans le substrat optique.

Comme l'épaisseur de la couche superficielle est supérieureà la hauteur du relief, l'aplanissement de cette couche ne met pasà nu une couche sous-jacente et permet donc de conserver des propriétés optiques homogènes.

Pour la fabrication de systèmes optiques incluant plusieurs lentilles le procédé peut être mis en oeuvre de façon itérative. Dans ce cas, la série des étapesb) et c) est successivement répétée en utilisantà partir de la première itération respectivement la couche superficielle d'une série précédente comme substrat d'une série suivante.

'invention concerne également un microsystème optique comprenant: - au moins un substrat en un premier matériau optique présentant au moins une face avec un relief de microlentille, et - au moins une calotte recouvrant la microlentille incluant au moins un deuxième matériau optique différent du premier matériau optique, la calotte présentant une première face épousant le relief la microlentille et une deuxième face, libre opposéeà la première face, sensiblement plane. Dans une réalisation particulière la calotte de recouvrement peut comporter une couche en contact avec la microlentille, du deuxième matériau optique, et une couche superficielle présentant une face libre sensiblement plane.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnéeà titre purement illustratif et non limitatif.

Brève description des figures - La figure1 est une coupe schématique d'un microsystème optique conformeà l'invention.

- Les figures2A à 6A sont des représentations schématiques en coupe d'étapes successives d'un procédé de fabrication d'un microsystème incluant une lentille convexe, conformeà l'invention.

- Les figures 2Bà 6B sont des représentations schématiques en coupe d'étapes successives d'un procédé de fabrication d'un microsystème incluant une lentille concave, conformeà l'invention.

- Les figures7 à 10 sont des représentations schématiques en coupe des étapes de fabrication d'un microsystème selon une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention.

- Les figures11 à 18 sont des représentations schématiques en coupe des étapes de fabrication d'un microsystème selon une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention, constituant une variante par rapport au procédé illustré par des figures7 à 10. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention Dans la description qui suit, des parties identiques ou équivalentes des différentes figures sont repérées avec les mêmes références numériques.

Pour des raisons de simplification, les figures décrites ci-après, se réfèrentà des microsystèmes comportant une lentille unique ou un groupe de lentilles unique. Toutefois, on peut envisager des réalisations incluant une pluralité de lentilles ou de groupes de lentilles juxtaposés réaliséesà partir d'un même substrat, par exemple sous forme de réseau de lentilles.

La figure1 montre un microsystème comprenant un substrat optique100 en un premier matériau optique 'indice n, qui a été mis en forme pour définir lentille plan-convexe110. Dans cet exemple, l'ensemble substrat optique constitue la lentille. Celle- présente une hauteur notée h.

La lentille plan-convexe110 est en contact une face plane avec un substrat de support101 avec lequel elle forme un dioptre plan. Le substrat support101 est en un matériau optique présentant un indice de réfraction n3- La lentille110 présente par ailleurs une face sphérique convexe, avec un rayon de courbure opposéeà la face plane.

Une calotte de recouvrement 120 est constituee par une couche unique 122 de matériau optique. Celle-ci recouvre de façon conforme la face convexe de la lentille110, et le substrat de support101.

on considère qu'une couche recouvre de façon conforme un relief lorsqu'elle épouse sa forme.

La couche de matériau optique 122 de la calotte de recouvrement présente un indice de réfraction n2 différent de l'indice de réfraction n, de la lentille. Elle forme ainsi avec la lentille un dioptre.

Par ailleurs, la couche de matériau optique 122 constitue une couche superficielle de la calotte de recouvrement et présente une surface libre 124 plane. Cette surface est parallèle aux faces principales du substrat de support et doncà la face plane de la lentille110.

La surface libre plane 124 forme avec le milieu environnant, par exemple l'air, un autre dioptre.

Des flèches indiquentà titre d'illustration des trajets possibles de rayons de lumière pénétrant le système sous incidence normale par le substrat de support, et traversant la lentille.

La calotte de recouvrement peut jouer dans le microsystème le rôle d'un moyen d'adaptation de focale, et en particulier un moyen d'augmentation de la distance focale.

En l'absence de la calotte de recouvrement 120 la distance focalefo de la lentille110 serait, pour des lentilles "minces" (Rc fo) :

on considère dans cette formule que la face sphérique de la lentille est entourée d'air d'on l'indice de réfraction est égalà 1 (n2=1) .

En présence de la couche de matériau optique 122, d'indice n2#1, de la calotte de recouvrement, la distance focalef du microsystème devient:

On a donc:

Cette formule correspondà l'approximation nl=n3 verifiée lorsque le matériau optique du substrat optique et du substrat de support sont les mêmes.

Le tableau I, ci-après, donneà titre purement indicatif, les valeurs de quelques matériaux optiques susceptibles d'être retenus pour la fabrication des microsystèmes optiques.

TABLEAU <SEP> I
<tb> MATERIAU <SEP> Si02 <SEP> Verre <SEP> A1203 <SEP> TaL205 <SEP> Ti02 <SEP> S <SEP> i
<tb> BK7
<tb> Indice <SEP> de
<tb> réfraction <SEP> 1,45 <SEP> 1,5 <SEP> 1,63 <SEP> 2,1 <SEP> 2,3 <SEP> 3,
<tb> lumière <SEP> 1 < X < 6pm
<tb> visible En se référant au tableau I on peut verifier qu un microlentille en verre BK7 sur un substrat également en verre BK7, et recouverte d'une couche de Silice (Si02), permet d'obtenir une distance focalef telle que f=10.fo. Dans cet exemple, la couche de matériau optique de la calotte de recouvrement est utilisée pour augmenter la distance focale pour atteindre des valeurs très supérieures au millimètre.

Dans autre exemple, toujours tiré du tableau I on considere une microlentille et un substrat de support en silice (Si02) recouverts par une couche de rutile (TiO2) (nl=n3=1,45 et n2=2,3) On obtient: f --0,5 fo.

Dans cas, le rôle de la calotte de recouvrement un rôle d'adaptation de la distance focale. on observe ici que le système optique est divergent dépit du caractère convergent de la lentille Différentes techniques, telles que le dopage et la variation graduelle de la composition des couches optiques formées, permettent d'ajuster avec précision la valeur de distance focale recherchée.

Les figures2A à 6A illustrent des étapes de réalisation d'un microsystème tel qu'indiqué ci-dessus. Le microsystème dont la fabrication est décrite ci-après ne fait pas appelà un substrat de support. La fonction de support est directement assurée par le substrat optique.

La figure2A montre un substrat optique100 de forme parallélépipédique à faces principales planes et parallèles.

Sur l'une de ses faces principales on a formé un bossage de matériau fluable 102a de forme plan convexe. Dans la suite de la description on prendraà titre d'exemple, comme matériau fluable, de la résine. La formation du bossage comprend d'abord le dépôt sur le substrat100 d'une couche de résine (non représentée) en un matériau susceptible de fluer sous 'action d'un traitement thermique approprié.

Cette couche est gravée pour n'en laisser subsister qu'une partie au-dessus d'une région du substrat dans laquelle la lentille doit être formée. Enfin, un traitement thermique est opéré dans des conditions de température et de durée suffisantes pour faire évoluer la résine vers une forme bombée, de type plan convexe, telle que représentée.

Le substrat optique, pourvu du bossage de résine 102a est soumisà une gravure anisotrope réactive qui est de préférence poursuivie jusqu'à disparition complète du bossage de résine.

Au terme de cette gravure, la forme du bossage résine se trouve transférée dans le substrat optique, comme le montre la figure3A. relief du substrat ainsi obtenu constitue une microlentille 110a.

la gravure est arrêtée avant disparition complète du bossage de résine, un reliquat de résine peut être dissous en laissant ainsi apparaître une zone formant méplat.

La figure 4A montre le dépôt, préférence conforme, d'une couche de matériau optique 122 sur le substrat optique. Celle-ci recouvre entièrement la lentille 110a. La couche optique 122 présente un indice de réfraction différent de celui du matériau optique du substrat100 et constitue ici une calotte de recouvrement 120. Le dépôt de la couche optique 122 peut avoir lieu selon diverses techniques connues en soi. On peut citer par exemple, les dépôts assistés par plasma, les dépôts chimiques en phase vapeur (CVD, PVD), les dépôts de" Sol-Gel, ainsi que l'enduction par un polymère, l'enduction par une colle optique ou d'une résine, etc.

On peut observer que la calotte de recouvrement 120 épouse parfaitement la forme du substrat100, de sorte que le relief de la lentille110 se trouve reproduità la surface libre de la calotte Le dépôt ou la formation de la couche optique 122 poursuivi jusqu'à ce que son épaisseur soit supérieureà la hauteur h de la lentille 110a.

Le procédé de fabrication est achevé par l'aplanissement de la couche optique 122 façonà lui conférer une surface libre 124 plane et parallèle aux faces principales du substrat optique100.

L'aplanissement peut être opéré selon une technique connue de rectification ou de polissage. Il s'agit de préférence d'un polissage mécano-chimique.

La figure6A montre une étape complémentaire du procédé dans laquelle une nouvelle couche de matériau optique 200 est formée sur la calotte de recouvrement 120.

Cette couche n'est pas considérée comme faisant partie de la calotte de recouvrement dans la mesure où elle n'épouse pas la forme de la lentille. Elle constitue un nouveau substrat optique, comparable au premier substrat optique100 et peut être utilisée pour la fabrication d'une nouvelle lentille dont l'axe optique peut être, par exemple, aligné sur la première lentille 110a. On peut ainsi réaliser un microsystème optiqueà plusieurs lentilles.

Les figures 2Bà 6B illustrent une variante du procédé décrit en référence aux figures2A à 6A.

Le procédé relatif aux figures 2Bà 6B concerne la fabrication d'un microsystème optique incluant une lentille concave110b.

Toutes les étapes du procédé sont réalisées de la façon exposée précédemment. Les étapes ne sont donc pas decrites dans leur détail. on pourra se reporterà la description qui-précède.

on observe sur laf igure 2B que le bossage de résine102b présente une forme plan-concave (partie centrale du bossage).

Ce bossage est obtenu sensiblement de la même façon que le bossage 102a de la figure 2A. Des mesures particulières sont toutefois prises pour obtenir forme concave.

Une première mesure qu'il est possible prendre est de provoquer une réticulation de la résine dans état où celle-ci présente le relief concave souhaité.

Les inventeurs ont en effet observé que, lors de fluage, la résine évolue progressivement vers une forme finale convexe stable, en passant par formes intermédiaires concaves. La réticulation peut être provoquée sous l'action de la chaleur et permet de figer résine dans une forme intermédiaire.

Selon une autre possibilité, il est possible d'adapter le facteur de forme de la résine. Celui-ci est défini comme le rapport d'une hauteur moyenne du bossage résine sur une surface de contact bossage avec le substrat optique. Les inventeurs observé que, lors du fluage, la résine n'atteint pas forme finale convexe mais se stabilise dans forme intermédiaire concave lorsque le facteur de forme est inférieurà une valeur déterminée. Cette valeur dépend du type de résine utilisé et peut être établie expérimentalement.

Après l'obtention de la forme souhaitée, la résine réticulée. L'ensemble du substrat optique 100 et du bossage de résine102b est alors soumisà une gravure anisotrope. Les étapes ultérieures sont illustrées par les figures 3Bà 5B. On observe notamment sur la figure 3B l'indication de la hauteur h du relief de la lentille110b obtenue au terme de la gravure.

Dans le cas de l'utilisation pour bossage d'un matériau fusible, la forme concave est obtenue par solidification dudit matériau, également dans une forme intermédiaire.

Le dépôt et l'aplanissement d'une couche de matériau optique 122 sont illustrés par les figures 4B et 5B.

La figure 6B, par analogie avec la figure6A, montre le dépôt d'une nouvelle couche 200 matériau optique pouvant servir de substrat optique.

Les figures7 à 10, décrites ci-après, montrent une autre possibilité de réalisation d'un microsystème conformeà l'invention. Dans un premier temps, on met en oeuvre les étapes de procédé illustrées par les figures2A à 5A pour obtenir une structure conformeà la figure5A.

Cette structure est reprise sur la figure7. Elle comporte un substrat optique100 mis en forme pour définir une lentille (convexe)110. Le substrat recouvert d'une couche de recouvrement 122, de matériau optique, désignée ci-après par "première couche matériau optique". Celle-ci présente un indice réfraction différent de celui du substrat optique Sur la surface libre 124 de la couche matériau optique 122, on forme un bossage 202 de résine de forme plan-concave selon les techniques décrites ci- dessus. Le centre de concavité du bossage de résine est sensiblement aligné avec l'axe optique de la lentille 110.

La structure ainsi obtenue est soumiseà une gravure anisotrope pour "transférer" la forme du bossage de résine dans la première couche 122 de matériau optique.

Au terme de la gravure, on obtient la structure de laf igure 8. On peut observer sur cettefigure que la première couche de matériau optique 122 se présente à présent comme une lentille biconcave. On peut aussi relever l'épaisseur de la première couche de matériau optique est suffisante pour que sa gravure ne mette pas a nu le substrat optique100 sous-jacent.

La figure9 montre le dépôt, de préférence conforme, d'une deuxième couche de recouvrement126, de matériau optique,à la surface de la première couche de matériau optique 122. L'épaisseur de la deuxième couche126 de matériau optique est supérieureà la hauteur du relief présente la surface de la première couche de matériau optique.

La deuxième couche126 de matériau optique présente par ailleurs un indice de réfraction différent de celui de la première couche 122, de façonà former avec celle-ci un dioptre. Cet indice peut être identique ou différent de celui du substrat optique La deuxième couche de matériau optique126 est ensuite planarisée comme le montre la figure10 pour conférer une face libre128 plane et parallèle.

Elle constitue ainsi avec la première couche de matériau optique une calotte de recouvrement conformeà 'invention.

La surface plane obtenue peut servir base pour poursuivre la fabrication du microsystème optique. Elle peut aussi former simplement une face de sortie (ou d'entrée) du microsystème.

Les figures11 à 18 illustrent encore autre possibilité de mise en oeuvre de l'invention.

La figure11 montre un substrat optique100 mis en forme pour lui conférer une face libre avec un relief concave. Il constitue ainsi une première lentille110 à face concave.

Une première couche de matériau optique 122 avec une épaisseur supérieureà celle du relief est disposée de façon conforme sur le substrat optique comme le montre la figure 12. Cette couche présente un indice de réfraction différent de celui du substrat optique 100.

La figure13 montre la formation sur la première couche de matériau optique 122 d'une couche de résine103 qui la recouvre de façon conforme.

La résine est mise en forme selon des techniques usuelles (insolation, développement) pour n'en laisser subsister qu'une partie coïncidant avec la partie concave du substrat optique100 et de première couche de matériau optique 122. Cette opération correspondà la figure 14.

Un traitement thermique subséquent permet provoquer un fluage de la résine103 pour obtenir, comme le montre la figure15, un bossage biconvexe identifié également avec la référence103.

Le bossage biconvexe13, de même que la première couche 122 de matériau optique sont ensuite soumis' une gravure anisotrope, par exemple, de type RIE (gravure ionique réactive). La gravure est poursuivie jusqu'à élimination complète de la couche de résine jusqu'à élimination de la partie de la première couche de matériau optique 122 dépassant la partie concave du substrat optique (partie centrale sur la figure.

On obtient ainsi, comme le montre la figure16 une lentille biconvexe logée dans le creux de la partie concave du support optique100. Cette lentille, identifiée également avec la référence 122, présente un axe optique aligné sur l'axe optique de la lentille (plan-concave) constituée par le substrat optique100. La figure17 montre le dépôt conforme d'une deuxième couche de matériau optique126 présentant un indice différent de celui de la première couche de matériau optique 122. L'indice peut être éventuellement identiqueà celui du substrat optique100.

L épaisseurde cette couche est supérieure aux inégalités du relief qu'elle recouvre.

dernière étape, illustrée par figure18, montre l'aplanissement de la deuxième couche126 de matériau optique. Celle-ci constitue avec première couche 122 de matériau optique une calotte de recouvrement 120.

Différents aspects de la fabrication des microsystèmes illustrés ci-dessus peuvent être combinés ou se succéder pour réaliser des microsystèmes plus complexes incluant un grand nombre de dioptres.

L épaisseur des microsystèmes optiques finalement réalisés peut varier, en fonction de leur complexiter de quelques micromètres'à une centaine de micromètres, par exemple.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un microsystème optique comprenant les étapes successives suivantes: a) la mise en forme d'un substrat optique( ) en un premier matériau optique poury pratiquer moins une microlentillé (110, 110a,110b) présentant un relief, b) la formation d'une calotte de recouvrement0) de la microlentille, incluant au moins un deuxième matériau optique différent du premier matériau optique et présentant une couche superficielle (122, 126 avec une épaisseur supérieure au relief de la microlentille, c) l'aplanissement de la couche superficielle (122, 126 . 2. Procédé selon la revendication1, dans lequel l'étape a) est précédée par la formation d'une couche de matériau optique(100) sur un substrat de support(101), et dans lequel ladite couche matériau optique est utilisée comme substrat optique. 3. Procédé itératif de fabrication d'un microsystème selon la revendication1, dans lequel la série des étapes a),b) et c) est successivement répétée en utilisantà partir de la première itération respectivement la couche superficielled une série précédente comme substrat d'une série suivante. 4. Procédé selon la revendication1, dans lequel la mise en forme du substrat optique lors de l'étape a) a lieu en mettant en oeuvre procédé choisi dans le groupe comprenant: - le procédé de lithographieà masques "en densité variable", - le procédé d'insolation par balayage de faisceau, - le procédé de gravure ionique réactive, - le procédé de réplication par emboutissage. 5. Procédé selon la revendication1, dans lequel la mise forme du substrat optique lors de l'étape a) comprend - le dépôt et mise en forme d'un bossage de matériau fluable (102a,102b, 103) à la surface du substrat, - la gravure du substrat et du bossage pour imprimer au substrat un relief 6. Procédé selon la revendication5, dans lequel la mise forme du bossage (102a,102b, 103) est réalisée par fluage thermique du matériau. 7. Procède selon la revendication1, dans lequel l'étapeb) comporte le dépôt d'une couche unique (122) du deuxième matériau optique constituant la couche superficielle. 8. Procède selon la revendication1, dans lequel l'étape comprend le dépôt d'au moins une première couche de recouvrement (122) du deuxième matériau optique, puis le dépôt d'au moins une deuxième couche de recouvrement(126) en un maté'riau optique constituant la couche superficielle. 9. Procédé selon la revendication8, comprenant, avant le dépôt de la deuxième couche de recouvrement, la mise en forme de ladite première couche de recouvrement. 10. Procédé selon la revendication , dans lequel la mise en forme de la première couche de recouvrement comprend: le dépôt et la mise en forme par fluage d'un bossage de matériau fluable (103) à la surface de la première couche (122)de recouvrement, la gravure de la première couche de recouvrement (122) et du bossage (102) pour imprimerà la première couche de recouvrement un relief. il. Microsystème optique comprenant au moins un substrat(100) en un premier matériau optique présentant au moins une face avec relief de microlentille, et au moins une calotte de recouvrement (120 de la microlentille, incluant au moins un deuxième matériau optique, différent du premier matériau optique, la calotte présentant une première face épousant le relief de la microlentille et face libre (124,128), opposéeà la première face, sensiblement plane. 12. Microsystème selon la revendication11, dans lequel la calotte de recouvrement (120) comprend couche (122) en contact avec la microlentille (110), du deuxième matériau optique et couche superficielle(126) présentant la face libre(128) sensiblement plane.