FR2917846A1 - Dispositif de reception de lumiere du type en reseau et procede de collecte de lumiere. - Google Patents
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Abstract
Un dispositif de réception de lumière du type en réseau inclut un premier collecteur de lumière (10), un second collecteur de lumière (20) configuré pour recevoir la lumière collectée par le premier collecteur de lumière et un récepteur de lumière (50) configuré pour recevoir la lumière collectée par le second collecteur de lumière. Le premier collecteur de lumière a une forme sphérique, le second collecteur de lumière a une partie à indice de réfraction haut et une partie à indice de réfraction bas et la partie à indice de réfraction haut a soit une forme cylindrique soit une forme prismatique polygonale.
Description
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention
concerne un dispositif de réception de lumière du type en réseau, et plus particulièrement un dispositif de réception de lumière du type en réseau et un procédé de collecte de lumière présentant un rendement de réception de lumière amélioré. Art antérieur Récemment, avec l'augmentation de la résolution des caméras/appareils photo numériques et des caméras/appareils photo montés sur téléphones mobiles, la réduction de dimension des dispositifs de réception de lumière du type en réseau montés sur ces appareils a progressé. Cependant, le pas de pixel du dispositif de réception de lumière est rendu étroit du fait de cette réduction de dimension. Il s'ensuit malheureusement que la lumière incidente qui entre dans l'objectif ne peut pas être guidée de façon efficace sur la section de réception de lumière. Classiquement, un collecteur de lumière ayant une forme sphérique est utilisé pour un dispositif de réception de lumière du type en réseau. Cependant, bien que le collecteur de lumière présentant seulement une forme sphérique a un bon effet pour que la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire sur le dispositif de réception de lumière du type en réseau soit guidée de façon efficace sur la section de réception de lumière, ce collecteur de lumière a un moindre effet pour que la lumière arrivant en incidence de façon oblique soit guidée de façon efficace sur la section de réception de lumière. Par exemple, lorsque la lumière arrive en incidence sur le dispositif de réception de lumière du type en réseau depuis un objectif de caméra, la composante de la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire est intense au centre du dispositif de réception de lumière du type en réseau et la composante de la lumière arrivant en incidence de façon oblique est intense à la périphérie du dispositif de réception de lumière du type en réseau. La lumière arrivant en incidence de façon oblique frappe sur l'interconnexion dans le dispositif et peut échouer à atteindre la section de réception de lumière dans le dispositif, ce qui conduit à une diminution de la sensibilité de réception de lumière à la périphérie. Ainsi, dans des dispositifs à réseau bidimensionnel, le rendement de réception de lumière est haut au centre mais est bas à la périphérie, d'où la production d'une différence de sensibilité (ombrage) entre ces deux zones. En outre, sauf si la lumière arrivant en incidence de façon oblique est appliquée sur la section de réception de lumière du dispositif en utilisant le collecteur, elle entre sur la section de réception de lumière d'un pixel adjacent et elle provoque des mouchetures de couleur. Afin de résoudre le problème d'ombrage, le document JP-A 2006-324439 (kokai) divulgue une technique de décalage du centre de la section de réception de lumière en fonction de la distance par rapport au centre des dispositifs en réseau. Bien que cette technique puisse empêcher l'ombrage, le processus de fabrication est compliqué parce que chaque pixel a une structure différente. Le document JP-A 2006-229004 (kokai) divulgue une technique d'augmentation progressive du diamètre d'ouverture de l'interconnexion sommitale de l'interconnexion multicouche en fonction de la distance par rapport au centre des dispositifs en réseau. Bien que cette technique puisse empêcher l'ombrage, le processus de fabrication est compliqué parce que chaque pixel a une structure différente. Le document JP-A 2006-1 1 4592 (kokai) divulgue une technique d'utilisation d'une forme sphérique pour un premier collecteur de lumière et un second collecteur, technique selon laquelle la forme varie pour chaque pixel. Bien que cette technique puisse empêcher l'ombrage et les mouchetures de couleur, la forme sphérique ne peut pas à elle seule augmenter suffisamment le rendement de réception de la lumière arrivant en incidence de façon oblique, et le processus de fabrication est compliqué parce que chaque pixel a une structure différente. RESUME DE L'INVENTION Selon un aspect de l'invention, on propose un dispositif de réception de lumière du type en réseau incluant : un premier collecteur de lumière ; un second collecteur de lumière configuré pour recevoir la lumière collectée par le premier collecteur de lumière ; et un récepteur de lumière configuré pour recevoir la lumière collectée par le second collecteur de lumière, le premier collecteur de lumière ayant une forme sphérique, le second collecteur de lumière ayant une partie à indice de réfraction haut et une partie à indice de réfraction bas et la partie à indice de réfraction haut ayant soit une forme cylindrique soit une forme prismatique polygonale.
Selon un autre aspect de l'invention, on propose un procédé de collecte de lumière pour un dispositif de réception de lumière du type en réseau, le procédé incluant : la collecte de lumière en utilisant un premier collecteur de lumière ayant une forme sphérique ; la collecte de la lumière collectée en utilisant un second collecteur de lumière ; et l'action faisant en sorte que la lumière collectée par le second collecteur de lumière arrive en incidence sur un récepteur de lumière ; le second collecteur de lumière ayant une partie à indice de réfraction haut et une partie à indice de réfraction bas ; et la partie à indice de réfraction haut ayant soit une forme cylindrique soit une forme prismatique polygonale.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un dispositif de réception de lumière du type en réseau selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue schématique d'une unité de réception de lumière 25 classique et d'une partie agrandie du dispositif de réception de lumière du type en réseau ; la figure 3 est une vue schématique du second collecteur de lumière représenté en tant que réseau de diffraction ; la figure 4 est un graphique représentant les résultats de simulation 30 montrant comment le rendement de diffraction dépend de la hauteur T du second collecteur de lumière dans une coupe bidimensionnelle pour une incidence perpendiculaire ; les figures 5A et 5B représentent les résultats de calcul de simulation du rendement de diffraction de la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire pour le second collecteur de lumière qui a une forme en coupe rectangulaire ; les figures 6A et 6B représentent les résultats de calcul de simulation du rendement de diffraction de la lumière arrivant en incidence de façon oblique selon un angle de 20 pour le second collecteur de lumière qui a une forme en coupe rectangulaire ; les figures 7A et 7B représentent les résultats de calcul de simulation du rendement de diffraction de la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire pour le second collecteur de lumière qui a une forme en coupe sphérique ; la figure 8 est un graphique représentant les résultats de simulation du rendement de réception de lumière en fonction de l'angle d'incidence, en 15 relation avec la forme du second collecteur de lumière ; la figure 9 est un graphique représentant les résultats de simulation tridimensionnelle du rendement de diffraction en fonction du rapport d'aires pour le second collecteur de lumière qui a une forme prismatique ; la figure 10 est un graphique représentant les résultats de simulation 20 tridimensionnelle du rendement de diffraction en fonction du rapport d'aires pour le second collecteur de lumière qui a une forme cylindrique ; les figures 11A, B, C représentent le rendement de diffraction en fonction de la forme du second collecteur de lumière ; et la figure 12 est une vue schématique représentant un téléphone mobile 25 dans lequel le dispositif de réception de lumière du type en réseau selon ce mode de réalisation est monté. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Un mode de réalisation de ['invention va maintenant être décrit par report aux dessins. 30 La figure 1 est une vue en coupe schématique illustrant un dispositif de réception de lumière du type en réseau selon le mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 représente une vue schématique d'unité de réception de lumière 140 composée d'un objectif de caméra/appareil photo 150 et d'un dispositif de réception de lumière du type en réseau 160, et une partie agrandie 190 du dispositif de réception de lumière du type en réseau. Ici, R, G et B dans la partie agrandie représentent les positions d'un dispositif ayant respectivement des filtres de lumière visible de rouge, de vert et de bleu. En premier lieu, une description est faite par report à la figure 2. Lorsque la lumière arrive en incidence sur le dispositif de réception de lumière du type en réseau 160 depuis l'objectif de caméra 150, la composante de lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire est intense au centre 180 du dispositif de réception de lumière du type en réseau et la composante de lumière arrivant en incidence de façon oblique est intense à la périphérie 170 du dispositif de réception de lumière du type en réseau. La lumière arrivant en incidence de façon oblique frappe sur l'interconnexion dans le dispositif et peut échouer à atteindre la section de réception de lumière dans le dispositif, ce qui provoque une diminution de la sensibilité de réception de lumière à la périphérie. Par conséquent, dans les dispositifs en réseau bidimensionnel, le rendement de réception de lumière est haut au centre mais est bas à la périphérie, ce qui produit une différence de sensibilité (ombrage) entre ces deux zones. En outre, sauf si la lumière arrivant en incidence de façon oblique est appliquée sur la section de réception de lumière du dispositif en utilisant le collecteur de lumière, elle entre sur la section de réception de lumière d'un pixel adjacent et elle provoque des mouchetures de couleur. La figure 1 est une vue en coupe de deux pixels dans le dispositif de réception de lumière du type en réseau de ce mode de réalisation, montrant comment la lumière arrivant en incidence est collectée. Un dispositif comprend, en séquence depuis le côté d'arrivée en incidence de la lumière, un premier collecteur de lumière 10, un filtre couleur 30, un second collecteur de lumière 20, une section d'interconnexion en métal 40, un film d'oxyde 60 et un convertisseur photoélectrique 50. Le premier collecteur de lumière 10 est une lentille sphérique tandis que le second collecteur de lumière 20 est de façon illustrative une lentille cylindrique ou prismatique. Par conséquent, le second collecteur de lumière 20 est représenté par un rectangle dans cette vue en coupe. A mesure que la dimension de pixel se rapproche de la longueur d'onde de lumière visible tandis que les progrès de la technique entraînent la réduction des dimensions, le second collecteur de lumière 20 jour alors un rôle de réseau de diffraction, ce qui diffracte la lumière visible. Le premier collecteur de lumière 10 est utilisé pour collecter la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire et la lumière arrivant en incidence de façon oblique au niveau de la position du second collecteur de lumière 20 dans le dispositif. Sur la figure 1, une onde plane arrivant en incidence de façon perpendiculaire (lignes en traits pleins) et une onde plane arrivant en incidence de façon oblique (lignes en pointillés) sont indiquées respectivement par des flèches V et A. La lumière incidente est collectée au niveau du second collecteur de lumière 20 par le premier collecteur de lumière 10. Du fait de l'effet de diffraction du second collecteur de lumière 20 agencé en réseau, la lumière incidente est partagée en une lumière d'ordre zéro ayant une direction de propagation inchangée et une lumière d'ordre m (m = 1, 2, ...) ayant une direction de propagation changée selon 0m. La figure 1 montre la lumière d'ordre zéro 100, la lumière d'ordre +m 101 et la lumière d'ordre -m 102. Afin d'augmenter le rendement de réception de lumière, il est préférable de pouvoir recevoir la lumière d'ordre m pour la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire. On considère que D2 représente la distance entre le second collecteur de lumière 20 et le convertisseur photoélectrique 50 et L représente la largeur du convertisseur photoélectrique 50. Alors, la lumière d'ordre m peut être reçue au niveau du convertisseur photoélectrique 50 qui sert alors de section de réception de lumière, en considérant que D2 est égale à tJ(2tane) ou moins. Pour la lumière arrivant en incidence de façon oblique, pour un angle d'incidence grand, la lumière d'ordre zéro n'entre pas dans le convertisseur photoélectrique 50. Dans le cas de la lumière arrivant en incidence sur le dispositif à l'oblique depuis le haut et la droite, comme représenté sur la figure 1, seulement la lumière d'ordre -m est reçue. Par conséquent, pour la lumière arrivant en incidence de façon oblique, en concevant la forme du second collecteur de lumière 20 de façon à augmenter le rendement de diffraction pour la lumière d'ordre -m, le rendement de réception de lumière pour la lumière arrivant en incidence de façon oblique peut être amélioré sans diminuer le rendement de réception de lumière pour la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire. Dans ce qui suit, on donne une description de la conception de la forme du second collecteur de lumière 20 et un procédé de collecte de lumière qui est basé sur le second collecteur de lumière 20 ainsi conçu. Cette conception est destinée à minimiser le rendement de diffraction pour la lumière d'ordre zéro et à augmenter le rendement de diffraction pour la lumière d'un ordre plus élevé. Dans les cas où le second collecteur de lumière a respectivement une forme cylindrique ou prismatique et une forme sphérique, le rendement de diffraction a été calculé par simulation. Il a été trouvé que le rendement de diffraction est amélioré dans le cas où le second collecteur de lumière 20 a une forme cylindrique ou prismatique par comparaison avec un forme sphérique. Les paramètres utilisés dans les calculs sont comme suit. La dimension de pas de pixel W était de 1,75 m. La largeur L du convertisseur photoélectrique 50 servant de section de réception de lumière était de 1,15 p.m. La hauteur S de la lentille sphérique du premier collecteur de lumière 10 était de 0,4 m. La hauteur Dl du filtre couleur 30, c'est-à-dire la distance entre les premier et second collecteurs de lumière, était de 1,8 m. La hauteur T du second collecteur de lumière 20 était de 0,58 p.m. La distance D2 entre le second collecteur de lumière 20 et le convertisseur photoélectrique 50 était de 1,8 pm. Dans le cas où le second collecteur de lumière 20 est une lentille sphérique, la hauteur de la sphère était de 0,2 lum et les lentilles adjacentes étaient agencées en réseau avec aucun espace entre elles. La longueur d'onde ? était de 0,53 m. Le premier collecteur de lumière 10 et le filtre couleur 30 peuvent être réalisés en résine et son indice de réfraction est à titre illustratif de 1,55. Le second collecteur de lumière 20 est réalisé en un matériau ayant un indice de réfraction supérieur à ceux des objets avoisinants, et son indice de réfraction est à titre d'illustration de 1,9. Le matériau afférent peut être SiN par exemple. Un film d'oxyde, à titre d'illustration en SiO2, peut être prévu entre le second collecteur de lumière 20 et le convertisseur photoélectrique 50. Dans ce cas, son indice de réfraction est de 1,45. La section d'interconnexion en métal 40 sert de section de transfert de données et elle peut être réalisée en AI ou en W par exemple. Le convertisseur photoélectrique 50 peut être une section de réception de lumière réalisée en Si.
La simulation a été faite par analyse d'ondes vectorielles. Plus spécifiquement, elle a été faite en résolvant les équations de Maxwell dans le domaine temporel. Le rendement de réception de lumière et le rendement de diffraction ont été calculés respectivement pour une polarisation TE et une polarisation TM et ont été moyennés. L'angle d'incidence a varié depuis l'incidence perpendiculaire jusqu'à une incidence de 30 , dans chaque calcul. La figure 3 est une vue schématique du second collecteur de lumière 20 représenté par un réseau. Cette figure représente le cas où le second collecteur de lumière 20 constitue un réseau ayant une section transversale rectangulaire, lequel est utilisé pour la simulation selon une section transversale bidimensionnelle. La lumière incidente est diffractée par une unité de répétition composée d'une partie à indice de réfraction haut ayant un indice de réfraction de n1=1,9 et une partie à indice de réfraction bas ayant un indice de réfraction de n2=1,45. En parallèle avec ce qui sera décrit ci après pour le cas tridimensionnel et aussi dans le cas de la simulation de section transversale bidimensionnelle, il existe une valeur optimale pour le rapport de dimensions entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas qui minimise le rendement de diffraction pour la lumière d'ordre zéro et qui augmente le rendement de diffraction pour la lumière d'ordre plus élevé. La valeur optimale est 1:1. Ainsi, sur la figure 3, la longueur de la partie à indice de réfraction haut et de la partie à indice de réfraction bas est établie à 1,75/2 m, ce qui est la moitié de la dimension de pas de pixel dans cet exemple de calcul, soit 1,75 m. La condition théoriquement idéale pour que la lumière d'ordre zéro tende vers une valeur nulle ou s'évanouisse est T=(2(n1-n2)). Ceci est dérivé de la condition selon laquelle la différence de chemins optiques entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas est de
La relation entre les positions du second collecteur de lumière 20 et de la partie à indice de réfraction bas est maintenant décrite. Dans le cas où la dimension de pas de pixel vaut 1,75 m, D1 et D2 valent 1,8 mm comme décrit ci-avant et le second collecteur de lumière 20 doit être situé à une position focale du premier collecteur de lumière 10. Dans le cas où la partie à indice de réfraction haut est entièrement située dans le film d'oxyde 60, T=0,588 rn est la valeur idéale conformément à la formule idéale ci-avant.
Par ailleurs, dans le cas où la partie à indice de réfraction haut est entièrement située dans le filtre couleur 30, la partie à indice de réfraction bas a un indice de réfraction de 1,55 et T=0,75 m. Cependant, dans la pratique, la partie à indice de réfraction haut s'étend sur le filtre couleur 30 et le film d'oxyde 60. Pour être plus précis dans ce cas, on suppose que Ti et nc (=1,55) représentent sa hauteur et son indice de réfraction sur le côté de filtre couleur et T2 et no (=1,45) représentent sa hauteur et son indice de réfraction sur le côté de filtre d'oxyde. Alors, T est donné par T = ?J(2 x n1) + (nc x Ti + no x T2)/ni. T1=0 et T2=0 conduisent respectivement à T=0,588 et T=0,75.
Du point de vue de l'utilisation de la diffraction faisant en sorte que la lumière diffractée d'ordre m arrive en incidence de façon efficace sur le convertisseur photoélectrique 50 et améliore le rendement de réception de lumière pour la lumière arrivant en incidence de façon oblique, la différence d'indices de réfraction est de préférence grande de façon à augmenter l'angle de diffraction. A cette fin, de préférence, la partie à indice de réfraction haut est entièrement située dans le film d'oxyde ayant un indice de réfraction de 1,45. En outre, pour la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire, comme décrit par report à la figure 1, la distance D2 entre le second collecteur de lumière 20 et le convertisseur photoélectrique 50 est de préférence petite. Ainsi, le fait d'incorporer la partie à indice de réfraction haut du second collecteur de lumière 20 dans le film d'oxyde 60 est efficace pour l'amélioration du rendement de réception de lumière en utilisant la diffraction. Cependant, l'amélioration du rendement de réception de lumière est attendue également dans le cas du noyage de cette partie à indice de réfraction haut dans le filtre couleur 30. La figure 4 est un graphique représentant les résultats de simulation montrant comment le rendement de diffraction dépend de la hauteur T du second collecteur de lumière 20 dans une coupe bidimensionnelle pour une incidence perpendiculaire. La simulation a été faite en utilisant n1=1,9 et n2=1,45, et le graphique représente les résultats pour une lumière diffractée jusqu'au troisième ordre, une transmission totale et une réflexion totale. Dans la condition idéale, la hauteur T pour que la lumière d'ordre zéro tende vers une valeur nulle ou s'évanouisse est 0,588 m. Cependant, du fait que la dimension de pas de pixel W vaut 1,75 m, la lumière d'ordre zéro est minimisée à T=0,65 m. Si la dimension de pas de pixel W diminue, T est approximé à la valeur pour la condition idéale, soit 0,588 m.
Les figures 5 à 7 représentent les résultats de calcul d'une simulation de section transversale bidimensionnelle pour un rendement de diffraction en relation avec la forme du second collecteur de lumière. La figure 5A montre le cas où la lumière arrive en incidence de façon perpendiculaire sur le dispositif de réception de lumière du type en réseau dans lequel le second collecteur de lumière 20 constitue un réseau cylindrique ou prismatique ayant une forme en coupe transversale rectangulaire. La figure 5B représente les résultats de simulation de coupe transversale bidimensionnelle pour le rendement de diffraction dans le cas d'une lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire. La lumière d'ordre zéro est la plus faible et la lumière d'ordre 1 a l'intensité la plus élevée. Ici, T=0,65 lum est utilisé. Bien qu'il y ait une différence par rapport à la valeur idéale, cette simulation est basée sur les résultats obtenus à partir de l'investigation du rendement de diffraction en fonction de la hauteur, comme représenté sur la figure 4. La figure 6A montre le cas où la lumière arrive en incidence de façon oblique selon un angle de 20 sur le dispositif de réception de lumière du type en réseau dans lequel le second collecteur de lumière 20 constitue un réseau cylindrique ou prismatique ayant une forme en coupe transversale rectangulaire. La figure 6B représente les résultats de simulation de coupe transversale bidimensionnelle pour le rendement de diffraction dans le cas d'une lumière arrivant en incidence de façon oblique selon un angle de 20 .
La lumière de premier ordre est la plus faible et la lumière d'ordre -2 ayant l'intensité maximum a une direction sensiblement perpendiculaire. A partir de la relation D2=U(2tanO), en utilisant D2=1,8 p.m et L=1,15 m, l'angle de diffraction permettant à la lumière diffractée d'arriver en incidence sur la section de réception de lumière est déterminé comme étant approximativement de 17,5 . Ainsi, conformément au calcul bidimensionnel, pour une incidence perpendiculaire, la lumière d'ordre zéro et la lumière d'ordre 1 arrivent en incidence sur le convertisseur photoélectrique 50, lequel sert de section de réception de lumière. Pour une incidence à 20 , la lumière allant de l'ordre -1 à l'ordre -3 arrive en incidence sur le convertisseur photoélectrique 50. Pour à la fois l'incidence perpendiculaire et l'incidence oblique, la lumière diffractée avec une intensité maximum, c'est-à-dire la lumière d'ordre 1 pour l'incidence perpendiculaire et la lumière d'ordre -2 pour l'incidence oblique, atteint le convertisseur photoélectrique 50, lequel sert de section de réception de lumière. Ceci suggère que la diminution du rendement de réception de lumière est empêchée même si la lumière arrive en incidence de façon oblique sur la périphérie du dispositif de réception de lumière du type en réseau. La figure 7A montre le cas où la lumière arrive en incidence de façon oblique selon un angle de 20 sur le dispositif de réception de lumière du type en réseau dans lequel le second collecteur de lumière 20 a une forme sphérique. La figure 7B représente les résultats de simulation dans une coupe transversale bidimensionnelle pour le rendement de diffraction dans le cas d'une lumière arrivant en incidence de façon oblique selon un angle de 20 . La lumière d'ordre zéro est la plus forte mais elle présente un angle de diffraction grand et elle ne peut pas arriver en incidence sur le convertisseur photoélectrique 50 qui sert de section de réception de lumière. Si l'on considère que l'angle de diffraction permettant à la lumière diffractée d'arriver en incidence sur la section de réception de lumière est déterminé comme étant d'approximativement 17,5 , la lumière allant de l'ordre -1 à -3 arrive en incidence sur le convertisseur photoélectrique 50 conformément au calcul bidimensionnel.
Dans le cas où le second collecteur de lumière a une forme sphérique, la lumière d'ordre zéro et la lumière d'ordre 1 ayant une intensité élevée ne peuvent pas arriver en incidence sur le convertisseur photoélectrique 50 servant de section de réception de lumière, à la périphérie du dispositif de réception de lumière du type en réseau. Ceci suggère que le rendement de réception de lumière diminue. La figure 8 est un graphique représentant les résultats de simulation dans une coupe transversale bidimensionnelle du rendement de réception de lumière en fonction de l'angle d'incidence, en relation avec la forme du second collecteur de lumière 20.
Pour une incidence perpendiculaire, dans le cas où le second collecteur de lumière 20 a une forme cylindrique ou prismatique, le rendement de réception de lumière diminue du fait de l'effet de diffraction en incidence. Le rendement de réception de lumière est légèrement supérieur dans le cas où le second collecteur de lumière 20 est sphérique mais la différence est faible. Par ailleurs, dans une large plage d'angles de l'incidence oblique, le rendement de réception de lumière est plus élevé dans le cas où le second collecteur de lumière 20 a une forme cylindrique ou prismatique. Par conséquent, le rendement global de réception de lumière pour toute la plage d'angles d'incidence est plus élevé dans le cas où le second collecteur de lumière 20 a une forme cylindrique ou prismatique. Ainsi, l'ombrage peut être réduit en utilisant le second collecteur de lumière 20 ayant une forme cylindrique ou prismatique.
Ensuite, en considérant le second collecteur de lumière 20 ayant une forme cylindrique ou prismatique, les résultats de la tridimensionnelle pour le rendement de diffraction sont décrits. On suppose que le second collecteur de lumière 20 est un réseau de diffraction constitué d'un réseau physique infini de prismes ou cylindres sur le plan xy selon des pas de 1,75 m. Dans le calcul tridimensionnel, la lumière diffractée est composée d'une lumière d'ordre (m,n). Le second collecteur de lumière 20 est un réseau de diffraction dans lequel des parties à indices de réfraction hauts et des parties à indices de réfraction bas sont répétées périodiquement. Le rendement de diffraction dépend du rapport d'aires entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas dans l'unité de répétition. Un dispositif de réception de lumière du type en réseau présentant un ombrage réduit à la périphérie peut être réalisé en optimisant le rapport d'aires en section transversale entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas. En outre, en utilisant la lumière diffractée obtenue par le second collecteur de lumière 20, la direction de la lumière arrivant en incidence de façonoblique peut être changée de façon que le convertisseur photoélectrique 50 puisse la recevoir.
La figure 9 représente le rendement de diffraction en fonction du rapport d'aires dans le cas où la partie à indice de réfraction haut a une forme prismatique. La dimension de pas de pixel W vaut 1,75 m et la longueur d'un côté de la coupe transversale du la partie à indice de réfraction haut prismatique est établie à 2r. La figure montre le rendement de diffraction en fonction de r. La lumière d'ordre (0,0) est minimisée et la lumière diffractée d'ordre plus élevé est plus intense dans le cas où le rapport d'aires entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas est de 1:1. Le rapport d'aires est égal à 1:1 pour r=0,62 m. Cependant, dans la réalité, le rendement de diffraction pour la lumière d'ordre (0,0) est minimisé pour une valeur inférieure à r=0,62 m. Ceci peut être attribué à l'effet du pas de réseau, plus précisément la dimension de pas de pixels et sa forme.
La figure 10 montre le rendement de diffraction en fonction du rapport d'aires dans le cas où la partie à indice de réfraction haut a une forme cylindrique. La dimension de pas de pixel W vaut 1,75 im et le rayon du cercle de coupe transversale de la partie à indice de réfraction haut cylindrique est établi à r. La figure montre le rendement de diffraction en fonction de r. La lumière d'ordre (0,0) est minimisée et la lumière diffractée d'ordre plus élevé est plus intense dans le cas où le rapport d'aires entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas est de 1:1. Le rapport d'aires est égal à 1:1 pour r=0,69 m. Cependant, dans la réalité, le rendement de diffraction pour la lumière d'ordre (0,0) est minimisé pour une valeur inférieure à r=0,69 m. Ceci peut être attribué à l'effet du pas de réseau, plus précisément la dimension de pas de pixels et sa forme. La figure 11 montre les résultats de simulation en trois dimensions pour le rendement de diffraction en fonction de la forme du second collecteur de lumière. La figure 11A montre le cas pour un second collecteur de lumière sphérique dans lequel le rapport d'aires entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas est de 1:1 et la hauteur T du second collecteur de lumière rectangulaire est T=? J(2àn), où X. est la longueur d'onde de la lumière incidente et en est la différence d'indices de réfraction entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas. La figure 11C montre le cas pour un collecteur de lumière prismatique dans lequel le rapport d'aires entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas vaut 1:1 et T=X/(2an).
Dans chaque cas, la lumière diffractée jusqu'à la lumière diffractée d'ordre 5 est prise en compte dans le calcul. La lumière d'ordre zéro est forte dans le cas sphérique. Cependant, dans les cas cylindrique et prismatique, la lumière d'ordre zéro est faible, mais la lumière d'ordre m, particulièrement la lumière d'ordre ( 1,0), est forte. Par conséquent, contrairement au cas sphérique, en utilisant l'effet de diffraction, la forme cylindrique ou prismatique permet à la lumière arrivant en incidence de façon oblique d'être aussi incidente sur le convertisseur photoélectrique en tant que lumière diffractée. Ainsi l'efficacité de réception de la lumière peut être augmentée pour la lumière arrivant en incidence de façon oblique. La figure 12 montre un téléphone mobile 200 dans lequel le dispositif de réception de lumière du type en réseau 160 selon ce mode de réalisation est monté. Selon ce mode de réalisation, des techniques anti-ombrage en réponse à la diminution des dimensions des dispositifs de réception de lumière du type en réseau les rendent applicables à des caméras/appareils photo montés sur téléphones mobiles avec des nombres de pixels plus élevés. Dans les caméras/appareils photo numériques compacts, ce mode de réalisation peut contribuer à simultanément atteindre une bonne diminution d'échelle et une qualité d'image élevée. Le mode de réalisation de l'invention a été décrit par référence aux exemples présentés. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ces exemples.
Par exemple, le second collecteur de lumière 20 peut être réalisé en des matériaux à indices de réfraction hauts tels que HfO2 (n=2,15) et TiO2 (n=2,52). Si la partie à indice de réfraction haut a un indice de réfraction plus haut, la différence d'indices de réfraction peut être augmentée. Ainsi, dans T=À/(2(ni -n2)) la hauteur T du second collecteur de lumière 20 peut être diminuée. Dans les simulations, les formes prismatique et cylindrique ont été investiguées. Cependant, des formes avec des faces latérales inclinées ou formant un certain angle entre elles peuvent également être utilisées. Plus spécifiquement, au contraire du cas où le second collecteur de lumière 20 a une forme sphérique, des variations brutales dans la forme peuvent provoquer des perturbations dans le front d'onde, ce qui diminue l'intensité de la lumière diffractée d'ordre plus élevé. Ainsi, même si la face latérale est inclinée, le rendement de diffraction et le rendement de réception de lumière peuvent être augmentés aussi longtemps qu'il y a une variation de forme brutale suffisante pour provoquer des perturbations dans le front d'onde. Si la hauteur T de la partie à indice de réfraction haut du second collecteur de lumière 20 est d'approximativement 0,6 à 0,7 m, la face latérale peut être inclinée en association avec le processus de fabrication. Cependant, il est possible de conserver un caractère abrupt suffisant pour provoquer des perturbations dans le front d'onde. La surface de la partie à indice de réfraction haut est de préférence 5 plane. Ici, le niveau de planéité atteint par un processus de fabrication normal est suffisant. En outre, la forme en coupe transversale de la partie à indice de réfraction haut du second collecteur de lumière 20 n'est pas limitée à un carré ou un cercle. Elle peut être un polygone régulier tel qu'un hexagone régulier 10 ou un polygone ayant une forme proche d'un cercle aussi longtemps que les pas de réseau ne sont pas extrêmement différents dans les directions horizontale et verticale et que la périodicité jouant le rôle de réseau de diffraction est conservée.
Claims (20)
1. Dispositif de réception de lumière du type en réseau, comprenant : un premier collecteur de lumière (10) . un second collecteur de lumière (20) configuré pour recevoir la lumière 5 collectée par le premier collecteur de lumière ; et un récepteur de lumière (50) configuré pour recevoir la lumière collectée par le second collecteur de lumière ; caractérisé en ce que : le premier collecteur de lumière (10) a une forme sphérique ; 10 le second collecteur de lumière (20) a une partie à indice de réfraction haut et une partie à indice de réfraction bas ; et la partie à indice de réfraction haut a soit une forme cylindrique soit une forme prismatique polygonale. 15
2. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second collecteur de lumière (20) a une hauteur T donnée par T = ?J2An, où On est la différence d'indices de réfraction entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas, et ? est la longueur d'onde de la lumière incidente. 20
3. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas ont un rapport d'aires de 1:1. 25
4. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second collecteur de lumière (20) a une surface d'arrivée en incidence de lumière située en une position focale du premier collecteur de lumière.
5. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la distance entre le second collecteur de lumière (20) et le récepteur de lumière (50) est de U(2tanO) ou moins, où 9 est l'angle de diffraction de la lumière diffractée primaire de la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire et L est la largeur du récepteur de lumière.
6. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le second collecteur de lumière (20) inclut des unités de réception périodiques de la partie à indice de réfraction haut et de la partie à indice de réfraction bas.
7. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon la revendication 6, caractérisé en ce que la lumière collectée par le premier 15 collecteur de lumière (10) est diffractée par l'unité de réception.
8. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins la lumière diffractée ayant une intensité maximum de la lumière diffractée par l'unité de répétition concernant 20 la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire atteint le récepteur de lumière.
9. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'au moins une lumière ayant une 25 intensité maximum de la lumière diffractée par l'unité de répétition concernant la lumière arrivant en incidence de façon oblique atteint le récepteur de lumière.
10. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon l'une 30 quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un filtre couleur (30) agencé entre le premier collecteur de lumière (10) et le second collecteur de lumière (20), le filtre couleur ayant un indice deréfraction qui est inférieur à un indice de réfraction de la partie à indice de réfraction haut.
11. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 1D, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un film d'oxyde (60) agencé entre le second collecteur de lumière et le récepteur de lumière, le film d'oxyde ayant un indice de réfraction qui est inférieur à un indice de réfraction de la partie à indice de réfraction haut.
12. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une section d'interconnexion en métal (40) agencée entre le second collecteur de lumière (20) et le récepteur de lumière (50), la section d'interconnexion en métal servant au transfert de données.
13. Dispositif de réception de lumière du type en réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le récepteur de lumière est un convertisseur photoélectrique.
14. Procédé de collecte de lumière pour un dispositif de réception de lumière du type en réseau, comprenant : la collecte de lumière en utilisant un premier collecteur de lumière ayant une forme sphérique ; la collecte de la lumière collectée en utilisant un second collecteur de 25 lumière ; et l'action faisant en sorte que la lumière collectée par le second collecteur de lumière arrive en incidence sur un récepteur de lumière ; caractérisé en ce que : le second collecteur de lumière a une partie à indice de réfraction haut 30 et une partie à indice de réfraction bas ; et la partie à indice de réfraction haut a soit une forme cylindrique soit une forme prismatique polygonale.
15. Procédé de collecte de lumière pour un dispositif de réception de lumière du type en réseau selon la revendication 14, caractérisé en ce que la lumière collectée par le premier collecteur de lumière est collectée par le second collecteur de lumière ayant une surface d'arrivée en incidence de lumière située en une position focale du premier collecteur de lumière
16. Procédé de collecte de lumière pour un dispositif de réception de lumière du type en réseau selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que la lumière arrivant en incidence sur le second collecteur de lumière est diffractée par une unité de répétition périodique incluant la partie à indice de réfraction haut et de la partie à indice de réfraction bas.
17. Procédé de collecte de lumière pour un dispositif de réception de lumière du type en réseau selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que le rendement de diffraction pour la lumière d'ordre zéro est minimisé et le rendement de diffraction pour la lumière d'ordre plus élevé est augmenté en donnant T = ?J2An en tant que la hauteur T du second collecteur de lumière, où An est la différence d'indices de réfraction entre la partie à indice de réfraction haut et la partie à indice de réfraction bas, et Â. est la longueur d'onde de la lumière incidente, et en donnant un rapport de 1:1 en tant que le rapport d'aires de la partie à indice de réfraction haut sur la partie à indice de réfraction bas.
18. Procédé de collecte de lumière pour un dispositif de réception de lumière du type en réseau selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que la lumière diffractée ayant un angle de diffraction 0 peut arriver en incidence sur le récepteur pour la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire en établissant la distance entre le second collecteur de lumière et le récepteur de lumière à LJ(2tanO) ou moins, où 0 est l'angle de diffraction de la lumière diffractée primaire de la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire et L est la largeur du récepteur de lumière.
19. Procédé de collecte de lumière pour un dispositif de réception de lumière du type en réseau selon la revendication 16 et la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce qu'au moins une lumière ayant une intensité maximum de la lumière diffractée par l'unité de répétition concernant la lumière arrivant en incidence de façon perpendiculaire atteint le récepteur de lumière.
20. Procédé de collecte de lumière pour un dispositif de réception de lumière du type en réseau selon la revendication 16 et l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce qu'au moins une lumière ayant une intensité maximum de la lumière diffractée par l'unité de répétition concernant la lumière arrivant en incidence de façon oblique atteint le récepteur de lumière.
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