FR2866427A1 - Detecteur encapsule de rayonnement infrarouge - Google Patents
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Abstract
Ce détecteur comprend un boîtier (30,40) possédant des fenêtres (40fa,40fb) transmettant le rayonnement infrarouge et des puces de capteurs (10t1,10t2) comportant un dispositif de détection du rayonnement infrarouge, situées dans le boîtier et pouvant détecter des faisceaux incidents différents provenant de directions d'incidence différentes par les fenêtres du boîtier.Application à la détection du rayonnement infrarouge.
Description
DÉTECTEUR ENCAPSULÉ DE RAYONNEMENT INFRAROUGE
La présente invention concerne un détecteur encapsulé de rayonnement infrarouge.
Un exemple de petits détecteurs encapsulés de rayonnement infrarouge est décrit dans la demande de brevet japonais publiée sans examen sous le N de publication 2003-270047.
La figure 9, annexée à la présente demande, est une vue en coupe schématique d'un détecteur de rayonnement infrarouge décrit dans la publication indiquée précédem- ment.
Dans le détecteur de rayonnement infrarouge 90 sur la figure 9, un élément de capteur 91, qui détecte le rayonnement infrarouge, et une carte de circuit imprimé 92, sur lequel un circuit de traitement de signaux est formé pour traiter les signaux de sortie de l'élément de capteur 91, sont formés séparément l'un de l'autre. L'élément de capteur 91 comprend une partie formant membrane 91a qui est réalisée sous la forme d'une partie à paroi mince et d'une partie à paroi épaisse 91b. Les contacts chauds en tant que jonctions de mesure de thermocouples (non représentés) sont disposés sur la partie formant membrane 91a et les contacts froids en tant que jonctions de référence des thermocouples sont disposés sur la partie à paroi épaisse 91b. Dans l'élément de capteur 91 possédant une telle partie formant membrane 91a, la chaleur est moins sujette à s'échapper des contacts chauds réalisés en tant qu'éléments de détection du rayonnement infrarouge en direction de la partie à paroi épaisse 91b. C'est pourquoi l'élément de capteur 91 peut détecter un rayonnement infrarouge avec une haute sensibi- lité.
Dans le détecteur de rayonnement infrarouge 90, l'élément de capteur 91 est empilé et disposé sur la carte de circuit imprimé 92, et ces éléments sont logés dans un boîtier qui comprend une base 93, un capot 94 et un filtre 95. Contrairement à des détecteurs de rayonnement infrarouge, dans lesquels un élément de capteur 91 et une carte de circuit imprimé 92 sont disposés côte-à-côte, il est possible de réduire la taille de détecteurs de rayonnement infrarouge 90, dans lesquels un élément de capteur 91 et une carte de circuit imprimé 92 sont empilés.
Lorsque des rayonnements infrarouges arrivant de différentes directions sont détectés en utilisant un détecteur de rayonnement infrarouge 90 représenté sur la figure 9, il se pose un problème. Un certain nombre de détecteurs de rayonnement infrarouge 90 égal au nombre de directions de détection doivent être préparés, et il faut les disposer en les orientant dans ces directions. Sinon, un détecteur de rayonnement infrarouge 90 doit être amené à exécuter un balayage dans la direction individuelle de détection. Mais dans tous les cas, la taille ainsi que le coût de l'ensemble du détecteur sont accrus.
Compte tenu du problème décrit précédemment, un but de la présente invention est de fournir un petit détecteur encapsulé bon marché du rayonnement infrarouge, apte à détecter des rayonnements infrarouges arrivant dans différentes directions.
Le problème est résolu à l'aide d'un détecteur encapsulé de rayonnement infrarouge, du type comportant: un boîtier comportant une fenêtre pour transmettre 30 un rayonnement infrarouge, et une pluralité de puces de capteurs comportant un dispositif de détection du rayonnement infrarouge pour détecter le rayonnement infrarouge, caractérisé en ce que les puces de capteurs sont 35 logées dans le boîtier, et chaque puce de capteur est à même de détecter un faisceau incident différent transmis dans une direction d'incidence différente par la fenêtre du boîtier.
Dans le détecteur indiqué ci-dessus, chaque puce de capteur est positionnée de façon appropriée de telle sorte que le rayonnement infrarouge arrivant dans une direction d'incidence différente par la fenêtre du boîtier est rayonné en direction du dispositif de détection du rayonne-ment infrarouge de la puce de capteur. Par conséquent le détecteur peut détecter les rayonnements infrarouges transmis dans les différentes directions par la fenêtre de sorte que les dimensions du détecteur sont réduites. En outre le coût de fabrication du détecteur est réduit. C'est pourquoi, le détecteur servant à détecter de multiples rayonnements infrarouges rayonnés depuis différentes directions d'incidence possède de faibles dimensions et est fabriqué à un faible coût.
De préférence, la fenêtre est disposée juste au-dessus des puces de capteurs, et la fenêtre possède une surface égale ou inférieure à une surface totale des puces de capteurs. De façon plus préférentielle, la fenêtre est parallèle aux puces de capteurs. En outre, de préférence, la fenêtre et les puces de capteurs font entre elles un angle prédéterminé.
De préférence, le détecteur comprend en outre: des moyens de commande du faisceau incident pour commander la direction d'incidence du rayonnement infrarouge, et le rayonnement infrarouge transmis par la fenêtre est commandé par les moyens de commande du faisceau incident. Dans ce cas le rayonnement infrarouge est sélectionné de façon précise de sorte que le rayonnement infrarouge sélectionné arrivant dans une direction d'incidence prédéterminée, est détecté de façon précise par le détecteur.
De préférence, les moyens de commande du faisceau 35 incident sont un prisme, un déflecteur ou un réflecteur.
2866427 4 Dans ce cas, les moyens de commande du faisceau incident sont de petites pièces qui peuvent être logées dans le boîtier.
De préférence le détecteur comporte en outre une puce de circuits possédant un circuit de commande d'entrée/sortie pour commander la puce de capteur. La puce de circuits est logée dans le boîtier. Dans ce cas, étant donné que la puce de capteur et la puce de circuits sont logées dans le même boîtier, les dimensions du détecteur sont réduites.
De préférence, la puce de circuits comprend une pluralité de circuits de commande d'entrée/sortie, dont chacun peut commander respectivement la puce de capteur. Dans ce cas de multiples circuits de commande d'entrée/sortie sont formés sur une puce de circuits de sorte que les dimensions du détecteur sont réduites.
De préférence les puces de capteurs sont disposées sur la puce de circuits. De façon spécifique les puces de capteurs sont superposées sur la puce de circuits.
De préférence, le détecteur comporte en outre des moyens de commande du faisceau incident pour commander la direction d'incidence du rayonnement infrarouge, et le rayonnement infrarouge transmis par la fenêtre est commandé par les moyens de commande du faisceau incident, et les moyens de commande du faisceau incident sont logés dans le boîtier.
De préférence la puce de capteur inclut un substrat ayant une membrane sous la forme d'une partie mince du substrat. Le dispositif de détection de rayonnement infrarouge inclut un thermocouple et un film d'absorption du rayonnement infrarouge, disposé sur le substrat.Le thermocouple inclut une jonction de mesure disposée sur la membrane et une jonction de référence disposée sur le substrat, en dehors de la membrane. Le film d'absorption du rayonnement infrarouge est disposé sur le substrat de manière à recouvrir la jonction de mesure. Le dispositif de détection du rayonnement infrarouge peut détecter le rayonnement infrarouge sur la base d'une variation de la force électromotrice du thermocouple modifiée par une différence de température entre la jonction de mesure et la jonction de référence dans le cas où le dispositif de détection du rayonnement infrarouge reçoit le rayonnement infrarouge.
Dans le détecteur indiqué précédemment, la chaleur au niveau de la jonction de mesure en tant que contact chaud n'est pas évacuée du côté du substrat de sorte que le rayonnement infrarouge peut être détecté de façon précise. C'est pourquoi le détecteur comportant de multiples puces de capteurs aptes à détecter le rayonnement infrarouge avec une grande précision est réalisé avec un faible coût.
De préférence, le thermocouple inclut deux films différents disposés sur le substrat, et les deux films différents sont disposés alternativement en série de sorte que la jonction de mesure et la jonction de référence sont formées alternativement par une pluralité de portions de connexions entre les deux films différents. Dans ce cas, le dispositif de détection de rayonnement infrarouge du type à thermopile peut générer un signal de sortie intense du capteur de sorte que le détecteur possède une grande sensibilité. Par conséquent, le détecteur fabriqué à un faible coût possède de faibles dimensions et une haute sensibilité.
De préférence, le substrat est formé d'un substrat semiconducteur et le dispositif de détection du rayonnement infrarouge est disposé sur le substrat moyennant l'inter-position d'un film isolant. Dans ce cas le détecteur peut être fabriqué en utilisant un procédé classique de traitement des semiconducteurs, de sorte que le coût de fabrication du détecteur est réduit.
De préférence, le substrat semiconducteur possède une surface qui est attaquée pour former une membrane, cette surface étant située à l'opposé du dispositif de détection du rayonnement infrarouge.
De préférence, le substrat semiconducteur possède une surface qui est attaquée pour former le membrane, cette surface étant située du même côté que le dispositif de détection du rayonnement infrarouge.
En outre, un détecteur encapsulé du rayonnement infrarouge comprend un boîtier possédant une première fenêtre et une seconde fenêtre pour la transmission d'un rayonnement infrarouge, et des première et seconde puces de capteurs comportant un dispositif de détection du rayonnement infrarouge pour détecter le rayonnement infra-rouge, caractérisé en ce que les première et seconde puces de capteurs sont logées dans le boîtier, et en ce que chaque puce de capteur est à même de détecter un faisceau incident différent transmis dans une direction d'incidence différente par la fenêtre du boîtier.
Dans le détecteur indiqué précédemment, chaque puce de capteur est positionnée de façon appropriée de sorte que le rayonnement infrarouge arrivant dans une direction d'incidence différente par la fenêtre du boîtier est rayonné en direction du dispositif de détection de rayonnement infrarouge de la puce de capteur. Par conséquent le détecteur peut détecter les rayonnements infrarouges transmis dans différentes directions par les fenêtres de sorte que les dimensions du détecteur sont réduites. En outre le coût de fabrication du détecteur est réduit. Par conséquent le détecteur servant à détecter de multiples rayonnements infrarouges émis dans des directions d'incidence différentes possède de faibles dimensions et est fabriqué à un faible coût.
De préférence, la première fenêtre est disposée juste au-dessus de la première puce de capteur et la première fenêtre possède une surface égale ou inférieure à une surface de la première puce de capteur, et la seconde fenêtre est disposée juste au-dessus de la seconde puce de capteur et la seconde fenêtre possède une surface égale ou inférieure à une surface de la seconde puce de capteur. De façon plus préférentielle, la première fenêtre est parallèle à la première puce de capteur, et la seconde fenêtre est parallèle à la seconde puce de capteur. En outre, de préférence, la première fenêtre et la première puce de capteur font entre elles un angle prédéterminé, et la seconde fenêtre et la seconde puce de capteur ont un autre angle prédéterminé entre elles.
D'autres caractéristiques et avantages de la pré-sente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale montrant un détecteur de rayonnement infrarouge selon une première forme de réalisation de la présente invention; - la figure 2A est une vue en coupe transversale montrant une puce de capteur du détecteur; la figure 2B est une vue en plan représentant la puce de capteur; la figure 2C est un schéma de circuit permettant d'expliquer un signal de sortie de la puce de capteur, conformément à la première forme de réalisation; - la figure 3 est une vue en coupe transversale montrant un autre détecteur de rayonnement infrarouge selon une première variante de la première forme de réalisation; - la figure 4 est une vue en coupe transversale montrant un autre détecteur de rayonnement infrarouge selon une deuxième variante de la première forme de réalisation; - la figure 5A est une vue en coupe transversale montrant un détecteur de rayonnement infrarouge selon une seconde forme de réalisation de la présente invention, et la figure 5B représente une vue en coupe transversale montrant un autre détecteur de rayonnement infrarouge conformément à une première variante de la seconde forme de réalisation; - la figure 6A est une vue en coupe transversale montrant un autre détecteur de rayonnement infrarouge conformément à une seconde variante de la seconde forme de réalisation, et la figure 6B est une vue en coupe transversale montrant un autre détecteur de rayonnement infrarouge conformément à une troisième variante de la seconde forme de réalisation; - la figure 7A est une vue en coupe transversale montrant un autre détecteur de rayonnement infrarouge selon une quatrième variante de la seconde forme de réalisation, la figure 7B est une vue en coupe montrant un autre détecteur de rayonnement infrarouge selon une cinquième variante de la seconde forme de réalisation, et la figure 7C est une vue en coupe transversale montrant un autre détecteur de rayonnement infrarouge selon une sixième variante de la seconde forme de réalisation; - la figure 8A est une vue en coupe transversale montrant le détecteur de rayonnement infrarouge conformément à une troisième forme de réalisation de la présente invention, la figure 8B est une vue en coupe transversale montrant un autre détecteur de rayonnement infrarouge conformément à une première modification de la troisième forme de réalisation, et la figure 8C est une vue en coupe transversale montrant un autre détecteur de rayonnement infrarouge conformément à une seconde variante de la troisième forme de réalisation; et - la figure 9, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe transversale montrant un détecteur de 30 rayonnement infrarouge de l'art antérieur.
La figure 1 est une vue en coupe schématique d'une première forme de réalisation d'un détecteur de rayonnement infrarouge 100. Le détecteur de rayonnement infrarouge 100 représenté sur la figure 1 comprend deux puces de capteurs 10t1 et 10t2, sur lesquelles sont formés des éléments de détection du rayonnement infrarouge, et deux puces de circuits 20t1 et 20t2, sur lesquelles les circuits de commande sont formés pour commander l'entrée et la sortie des éléments de détection de rayonnement infrarouge. Les puces de capteurs 10t1 et 10t2 sont empilées et disposées au-dessus des puces de circuits 20t1 et 20t2. Ces éléments sont logés dans un boîtier comprenant une base 30 et un capot 40 équipés de filtres 40fa et 40fb en tant que fenêtres qui permettent le passage du rayonnement infrarouge, et encapsulés. La base 30 et le capot 40 sont réunis par soudage et le boîtier est rempli d'azote.
Sur la figure 1, les deux puces de capteurs 10t1 et 10t2 possèdent la même structure, et les deux puces de circuits 20t1 et 20t2 possèdent la même structure.
Les figures 2A à 2C représentent le détail de la puce de capteur. La figure 2A est une vue en coupe schématique de la puce de capteur 10t et la figure 2B est une vue de haut en plan schématique. La figure 2C est une représentation schématique illustrant l'agencement de l'élément 10 de détection du rayonnement infrarouge formé sur la puce de capteur 10t et illustrant de quelle manière le signal de sortie du capteur est délivré.
Comme cela est représenté sur la figure 2A, la puce de capteur 10t est constituée par un substrat semi- conducteur 1 en silicium (Si) et possède une membrane 10m, qui est agencée sous la forme d'une partie à paroi mince, obtenue par attaque du substrat à partir de la face inférieure. L'élément 10 de détection du rayonnement infra-rouge est formé au-dessus du substrat semiconducteur 1 avec un film isolant 2 intercalé. L'élément 10 de détection du rayonnement infrarouge formé sur le substrat semiconducteur 1 comprend des thermocouples l0a et un film 10b d'absorption du rayonnement infrarouge.
Comme représenté sur la figure 2B, les thermocou-35 pies 10a sont disposés de telle sorte que la membrane 10m lo est entourée par ces derniers.
Comme cela est représenté sur la figure 2c, les thermocouples 10a sont agencés comme suit: une pluralité d'ensembles de films formés de deux matériaux différents 10ax et 10ay sont étendus en série sur le substrat semiconducteur 1 (thermopile) et leurs jonctions établissent de manière alternée des contacts chauds 10ah et des contacts froids 10ac. Un exemple de la combinaison des films formés de différents matériaux 10ax et 10y est une combinaison d'un film d'aluminium et d'un film de polysilicium. Comme représenté sur les figures 2A et 2C, les contacts chauds 10ah des thermocouples 10a sont formés sur la membrane 10m qui possède une faible capacité thermique. Les contacts froids 10ac des thermocouples 10a sont formés à l'extérieur de la membrane 10m sur la partie à paroi épaisse 1On qui possède une capacité thermique élevée. Dans l'élément 10 de détection du rayonnement infrarouge, comme représenté sur la figure 2A, le film 10b d'absorption du rayonnement infrarouge est formé sur la membrane 10m de sorte que les contacts chauds 10ah sont recouverts par ce film.
Lorsqu'un rayonnement infrarouge est émis par le corps d'un être humain ou analogue, le rayonnement infra-rouge est absorbé par le film 10b d'absorption du rayonne-ment infrarouge, et il se produit un accroissement de la température de ce film. Il en résulte que la température des contacts chauds 10ah, qui sont disposés au-dessous du film 10b d'absorption du rayonnement infrarouge, augmente. La température des contacts froids 10ah n'augmente pas étant donné que la partie à paroi épaisse 1On agit en tant que puits de chaleur.
C'est pourquoi, les contacts froids 10ac servent de point de référence pour la mesure de température. Comme mentionné précédemment, l'élément 10 de détection du rayon- nement infrarouge modifie la force électromotrice des thermocouples 10a en raison de la différence de température produite entre les contacts chauds 10ah et les contacts froids 10ac lorsqu'un rayonnement infrarouge est reçu (effet Seebeck). Le rayonnement infrarouge est détecté sur la base de la force électromotrice modifiée. Les thermocou- pies 10a représentés sur la figure 2c constituent une thermopile. C'est pourquoi, la somme des forces électromotrices générées dans les ensembles individuels des différents matériaux 10ax et 10ay fournit le signal de sortie de l'élément 10 de détection du rayonnement infrarouge.
Dans la puce de capteur 10t comportant la membrane 10m, représentée sur les figures 2A à 2C, la chaleur est moins sujette à s'échapper des contacts chauds 10ah des thermocouples 10a en direction de la partie à paroi épaisse 10n. Par conséquent la puce à capteur 10t est à même de détecter des rayonnements infrarouges avec une grande précision. Les thermocouples 10a constitués de manière à former une thermopile fournissent une force électromotrice élevée (signal de sortie du capteur), et par conséquent on peut obtenir un élément de détection du rayonnement infra- rouge ayant une haute sensibilité et une grande précision.
Le détecteur de rayonnement infrarouge 100, représenté sur la figure 1, peut détecter des rayonnements infrarouges L1 et L2 qui traversent les filtres 40fa et 40fb constituant des fenêtres de transmission du rayonnement infrarouge et arrivent dans des directions différentes. Dans le détecteur de rayonnement infrarouge 100, les filtres 40fa et 40fb et les puces de capteurs 10t1 et 10t2 sont disposés de façon appropriée de telle sorte qu'il se produit ce qui suit: le rayonnement infrarouge LO, indiqué par des flèches représentées par une ligne épaisse formée de tirets, qui traverse les filtres 40fa et 40fb prévus dans le capot 40 et arrive par le haut, est appliqué d'une manière identique aux puces respectives de capteurs 10t1 et 10t2, comme représenté sur la figure. Les rayonnements infrarouges L1 et L2, indiqués par des flèches représentées par des lignes en trait plein épais, qui traversent les filtres 40fa et 40fb et arrivent dans des directions différentes, sont appliqués de façon différente. C'est-à-dire que les rayonnements infrarouges L1 et L2 sont appliqués respectivement aux éléments de détection de rayonnement infrarouge des puces de capteurs correspondes lOt2 et 10t1 comme cela est représenté sur la figure. Par conséquent, le détecteur de rayonnement infrarouge 100 représenté sur la figure 1 est agencé sous la forme d'un détecteur de rayonnement infrarouge, qui est à même de détecter ce qui suit: les rayonnements infrarouges Li et L2, qui traversent les filtres 40fa et 40fb agencés en tant que fenêtres de transmission du rayonnement infrarouge, arrivant dans des directions différentes.
Le détecteur de rayonnement infrarouge 100 sur la figure 1 fournit l'avantage indiqué ci-après contrairement au cas où un certain nombre de détecteurs de rayonnement infrarouge, égal au nombre de directions de détection, sont préparés ou dans le cas où un détecteur de rayonnement infrarouge est amené à effectuer un balayage: la taille de l'ensemble du détecteur peut être réduite et le coût de l'ensemble du détecteur peut être également réduit. Dans le détecteur de rayonnement infrarouge 100 représenté sur la figure 1, non seulement les puces de capteurs lots et 10t2 sont logées dans le boîtier, mais également les puces de circuits 20t1 et 20t2, sur lesquelles les circuits sont formés pour la commande de l'entrée et de la sortie des puces de capteurs 10t1 et 10t2, sont logées dans le même boîtier et encapsulées conjointement. Ceci permet également de réduire la taille et le coût de l'ensemble du détecteur contrairement à des détecteurs de rayonnement infrarouge, dans lesquels une puce de capteur et une puce de circuits sont encapsulées séparément. Dans le détecteur de rayonne-ment infrarouge 100 de la figure 1, en outre, les puces de capteurs lOt1 et 10t2 et les puces de circuits 20t1 et 20t2 sont empilées et disposées. Par conséquent, le détecteur de rayonnement infrarouge a également des dimensions réduites par rapport à des détecteurs de rayonnement infrarouge, dans lesquels les puces de capteurs et les puces de circuits sont toutes disposées côte-à-côte.
Par conséquent, le détecteur de rayonnement infra-rouge 100 sur la figure 1 est agencé sous la forme d'un petit détecteur encapsulé bon marché de rayonnement infra-rouge, qui est à même de détecter les rayonnements infra- rouges L1 et L2 arrivant dans des directions différentes.
La figure 3 est une vue en coupe schématique d'un autre détecteur de rayonnement infrarouge 101. En rapport avec le détecteur de rayonnement infrarouge 101 représenté sur la figure 3, les mêmes éléments que dans le détecteur de rayonnement infrarouge 100 sur la figure 1 sont marqués par les mêmes chiffres de référence.
Dans le détecteur de rayonnement infrarouge 101 de la figure 3, les circuits de commande d'entrée/sortie correspondant respectivement aux deux puces de capteurs 10t1 et 10t2 sont formés dans une seule puce de circuits 20t. Il en résulte que la base 31 et le capot 41 ont des tailles réduites par rapport au détecteur de rayonnement infrarouge 100 de la figure 1, dans laquelle les puces de circuits 20t1 et 20t2 correspondant respectivement aux puces de capteurs 10t1 et 10t2 sont prévues séparément. C'est pourquoi l'ensemble du détecteur a une taille réduite. En réunissant les puces de circuits en une seule puce 20t, il est possible également de réduire le coût de l'ensemble du détecteur. Comme avec le détecteur de rayonnement infrarou- ge 100 représenté sur la figure 1, le détecteur de rayonne-ment infrarouge 101 représenté sur la figure 3 est à même de détecter les rayonnements infrarouges Ll et L2 qui traversent les filtres 40fa et 40fb et arrivent dans des directions différentes.
La figure 4 est une vue en coupe schématique d'un autre détecteur de rayonnement infrarouge 102. En rapport avec le détecteur de rayonnement infrarouge 102 représenté sur la figure 4, les mêmes éléments que ceux contenus dans le détecteur de rayonnement infrarouge 101 de la figure 3 sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
Le détecteur de rayonnement infrarouge 102 de la figure 4 diffère du détecteur de rayonnement infrarouge 101 de la figure 3 en ce qui suit: la forme du capot 42 et la disposition des filtres 40fa et 40fb en tant que fenêtres transmettant le rayonnement infrarouge par rapport aux deux puces de capteur 10t1 et 10t2. Dans le détecteur de rayonnement infrarouge 101 de la figure 3, la proportion des rayonnements infrarouges Li et L2 qui arrivent sur le côté, est faible par rapport au rayonnement infrarouge LO qui arrive à partir du haut. Par ailleurs, dans le détecteur de rayonnement infrarouge 102 de la figure 4, la proportion des rayonnements infrarouges L1 et L2 arrivant sur le côté est accrue par rapport au rayonnement infrarouge LO arrivant par le haut. C'est dû au fait que le capot 42 est plus largement ouvert pour les rayonnements infrarouges Ll et L2 qui arrivent latéralement. C'est pourquoi le détecteur de rayonnement infrarouge 102 de la figure 4 est moins sensible à un rayonnement infrarouge LO arrivant à partir du haut. Il en résulte que le détecteur de rayonne- ment infrarouge 102 est à même de détecter les rayonnements infrarouges L1 et L2 qui traversent les filtres 40fa et 40fb et arrivent dans des directions différentes, avec une fiabilité accrue.
Le détecteur de rayonnement infrarouge de la première forme de réalisation est un détecteur de rayonne- ment infrarouge conçu de manière à détecter des rayonne- ments infrarouges qui traversent des fenêtres prévues dans son boîtier et arrivent dans des directions différentes. Le détecteur de rayonnement infrarouge selon une seconde forme de réalisation est en outre pourvu de moyens de commande d'incidence, qui commandent les directions d'incidence des rayonnements infrarouges. Ci-après, on va donner une description de cette forme de réalisation en référence aux dessins.
Les figures 5A et 5B sont des vues en coupe schéma-tique de détecteurs de rayonnement infrarouge 103 et 104 de cette forme de réalisation.
Les détecteurs de rayonnement infrarouge 103 et 104 représentés sur les figures 5A et 5B sont des détecteurs de rayonnement infrarouge obtenus respectivement par addition de ce qui suit au détecteur de rayonnement infrarouge 100 de la figure 1, et au détecteur de rayonnement infrarouge 101 de la figure 3: des prismes 50a et 50b en tant que moyens de commande d'incidence, qui commandent les direc- tions d'incidence du rayonnement infrarouge. Sur les figures 5A et 5B, des rayonnements infrarouges LO arrivant du haut ne sont pas représentés pour conserver la simplicité de la représentation.
Dans les détecteurs de rayonnement infrarouge 103 et 104 pourvus des prismes 50a et 50b, il se produit ce qui suit: comme représenté sur les figures, les rayonnements infrarouges L3 et L4, qui arrivent dans différentes directions, sont réfractés par les prismes 50a et 50b, et sontappliqués aux puces de capteurs individuelles 10t1 et 10t2.
Dans les détecteurs de rayonnement infrarouge 103 et 104, les rayonnements infrarouges L3 et L4 dans la direction de détection peuvent être sélectionnés d'une manière plus fiable au moyen d'un réglage approprié de l'angle au sommet des prismes 50a et 50b. De ce fait les rayonnements infrarouges L3 et L4 qui arrivent dans différentes directions peuvent être détectés d'une manière très précise.
Dans les détecteurs de rayonnement infrarouge 103 et 104 des figures 5A et 5B, comme mentionné précédemment, les prismes 50a et 50b sont disposés à l'extérieur des capots 40 et 41. Au lieu de cela, les prismes 50a et 50b peuvent être disposés à l'intérieur des capots 40 et 41 et être logés dans les éléments d'encapsulation. Dans ce cas, les prismes 50a et 50b sont plus facile à maintenir étant donné que les prismes 50a et 50b ne sont pas exposés à l'extérieur.
Les figures 6A et 6B sont des vues en coupe schéma-tique d'autres détecteurs de rayonnement infrarouge 105 et 106 dans cette forme de réalisation.
Les détecteur de rayonnement infrarouge 105 et 106 des figures 6A et 6B sont des détecteurs de rayonnement infrarouge obtenus respectivement en ajoutant ce qui suit au détecteur de rayonnement infrarouge 100 de la figure 1 et au détecteur de rayonnement infrarouge 101 de la figure 3: des déflecteurs (c'est-à-dire des plaques de protection) 60a et 60b en tant que moyens de commande d'incidence, qui commandent les directions d'incidence des rayonnements infrarouges.
Dans les détecteurs de rayonnement infrarouge 105 et 106 des figures 6A et 6B, comme cela est représenté sur ces figures, un rayonnement infrarouge LO arrivant du haut est bloqué par les déflecteurs 60a et 60b. Il en résulte que le rayonnement infrarouge LO n'est pas appliqué aux puces de capteurs individuels 10t1 et 10t2. C'est pourquoi dans les détecteurs de rayonnement infrarouge 105 et 106, l'influence du rayonnement infrarouge LO arrivant du haut peut être éliminée. Il en résulte que les rayonnements infrarouges L1 et L2 dans les directions de détection peuvent être sélectionnés d'une manière plus fiable. C'est pourquoi, les rayonnements infrarouges L1 et L2 arrivant dans différentes directions peuvent être détectés avec une grande précision.
Les figures 7A à 7C sont des vues en coupe schéma-tique d'autres détecteurs de rayonnement infrarouge 107 à 35 109 dans cette forme de réalisation.
Les détecteurs de rayonnement infrarouge 107 et 108 représentés sur les figures 7A et 7B sont des détecteurs de rayonnement infrarouge obtenus respectivement par addition de ce qui suit au détecteur de rayonnement infrarouge 100 de la figure 1 et au détecteur de rayonnement infrarouge 101 de la figure 3: les réflecteurs 70 et 71 en tant que moyens de commande d'incidence, qui commandent les directions d'incidence du rayonnement infrarouge. Sur les figures 7A et 7B, le rayonnement infrarouge L0, qui arrive du haut, n'est pas représenté pour conserver la simplicité du dessin.
Dans le détecteur de rayonnement infrarouge 100 de la figure 1 et dans le détecteur de rayonnement infrarouge 101 de la figure 3, comme mentionné précédemment, le rayon- nement infrarouge L1, qui traverse le filtre 40fa, est appliqué à la puce de capteur 10t2, et le rayonnement infrarouge L2, qui traverse le filtre 40fb, est appliqué à la puce de capteur 10t1. Dans les détecteurs de rayonnement infrarouge 107 et 108 équipés des réflecteurs 70 et 71 sur les figures 7A et 7B, les rayonnements infrarouges sont appliqués différemment: le rayonnement infrarouge Ll, qui traverse le filtre 40fa, est appliqué à la puce à capteur 10t1, et le rayonnement infrarouge L2, qui traverse le filtre 40fb, est appliqué à la puce à capteur 10a2.
Dans les détecteurs de rayonnement infrarouge 107 et 108 équipés de réflecteurs 70 et 71, les rayonnements infrarouges Ll et L2 dans les directions de détection peuvent être sélectionnés d'une manière plus fiable grâce à un réglage approprié des angles des surfaces des réflecteurs 70 et 71. De ce fait, les rayonnements infrarouges L1 et L2, qui arrivent dans différentes directions, peuvent être détectés avec une grande précision.
Le détecteur de rayonnement infrarouge 109 repré- senté sur la figure 7C comprend trois puces de capteurs 10t1 à 10t3, et une puce de circuits 21t. Les trois puces de capteurs 10t1 à 10t3 sont empilées et disposées au-dessus de la puce à circuits 21t. Ces éléments sont logés dans un boîtier comprenant une base 32 et un capot 43 pourvus de filtres 40fa à 40fc sous la forme de fenêtres de transmission du rayonnement infrarouge et sont encapsulés. Le détecteur de rayonnement infrarouge 109 sur la figure 7C est également pourvu de réflecteurs 72 et 73 en tant que moyens de commande d'incidence, qui commandent les directions d'incidence des rayonnements infrarouges.
Le détecteur de rayonnement infrarouge 109 de la figure 7C est à même de détecter les rayonnements infrarouges LO à L2 qui arrivent dans différentes directions, comme représenté sur la figure. Les surfaces des réflecteurs 72 et 73 sur le côté de la puce à capteur 10t2 sont recouvertes de manière à empêcher une réflexion du rayonne-ment infrarouge. Ceci est destiné à sélectionner avec fiabilité un rayonnement infrarouge qui arrive à partir du haut.
Les détecteurs de rayonnement infrarouge 103 à 109 de cette forme de réalisation, représentés sur les figures 5A et 5B à 7A à 7C sont pourvus de prismes, de déflecteurs ou de réflecteurs en tant que moyens de commande de l'incidence, qui commandent les directions d'incidence du rayonnement infrarouge. Le rayonnement infrarouge, qui traverse les fenêtres et arrive dans différentes directions en passant par ces moyens de commande d'incidence sont détectés respectivement par une pluralité de puces de capteurs. Dans les détecteurs de rayonnement infrarouge 103 à 109 de cette forme de réalisation, le rayonnement infra- rouge dans les directions de détection peut être sélectionné d'une manière plus fiable moyennant l'utilisation des moyens de commande d'incidence. Il en résulte que les rayonnements infrarouges provenant de différentes directions peuvent être détectés avec une grande précision.
N'importe quel moyen de commande d'incidence tel qu'un prisme, un déflecteur, un réflecteur ou analogue, est un petit composant, et ces composants peuvent être logés conjointement avec une pluralité de puces de capteurs dans un boîtier et être encapsulés.
Comme cela a été mentionné précédemment, les capteurs de rayonnement infrarouge 103 à 109 de cette forme de réalisation, qui sont représentés sur les figures 5A et 5B à 7A à 7C peuvent détecter les rayonnements infrarouges arrivant dans différentes directions, avec une grande précision. Les détecteurs de rayonnement infrarouge 103 à 109 peuvent être constitués sous la forme de petits détecteurs encapsulés bon marché de rayonnement infrarouge. Comme mentionné précédemment, les détecteurs de rayonnement infrarouge 103 à 109 représentés sur les figures 5A, 5B à 7A à 7C uniquement utilisent des prismes, des déflecteurs ou des réflecteurs. Au lieu de cela, les détecteurs de rayonnement infrarouge 103 à 109 peuvent utiliser n'importe quelle combinaison de tels systèmes.
Les puces de capteurs 10t1 à 10t3 contenues dans les détecteurs de rayonnement infrarouge 100 à 109 représentés sur les figures 1 à 7A à 7C sont des puces de capteurs, dans lesquelles une membrane est formée sur un substrat semiconducteur, comme cela a été décrit de façon détaillée en référence à la figure 2. En outre, les membranes sont formées par attaque du substrat semiconducteurs à partir de la face inférieure, ou le côté opposé au côté où les éléments de détection du rayonnement infrarouge sont formés. Cependant la puce à capteur utilisée dans les détecteurs de rayonnement infrarouge selon la présente invention n'est pas limitée à cet agencement. La membrane peut être formée par attaque du substrat semiconducteur à partir du côté de la surface principale ou le même côté que celui sur lequel les éléments de détection de rayonnement infrarouge sont formés.
Les figures 8A à 8C sont des vues en coupe schématique des détecteurs de rayonnement infrarouge 110 à 112 selon une troisième forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle de telles puces de capteurs lit' et lite sont utilisées.
Lorsqu'on utilise un substrat semiconducteur pour la puce de capteur sur laquelle l'élément de détection de rayonnement infrarouge est formé, la membrane peut être aisément formée moyennant l'utilisation de techniques communes de traitement des semiconducteurs. C'est pourquoi la membrane peut être réalisée à un faible coût, et ceci est souhaitable. Cependant, la puce de capteur, sur laquelle l'élément de détection de rayonnement infrarouge est formé n'est pas limitée à cet agencement, et on peut utiliser à cet effet un substrat formé d'un matériau quelconque, comme par exemple du verre. Pour obtenir un élément de détection de rayonnement infrarouge de haute sensibilité, il est préférable que la membrane soit formée sur un substrat.
Cependant, des puces de capteurs sans membrane sont également efficaces. Il n'est pas obligatoire d'utiliser des thermocouples dans l'élément de détection de rayonne-ment infrarouge et un tel élément peut être agencé de telle sorte que le rayonnement infrarouge est détecté en utilisant les variations due à la température de la valeur résistive d'un élément résistif formé d'un film mince.
L'invention peut faire l'objet de changements et modifications dont on comprendra qu'ils entrent dans la portée de la présente invention.
Claims (21)
1. Détecteur encapsulé de rayonnement infrarouge, du type comportant: un boîtier (30-32,40-43) comportant une fenêtre (40fa,40fb,40fc) pour transmettre un rayonnement infra- rouge, et une pluralité de puces de capteurs (10t,10t1-10t3, lits, llt2) comportant un dispositif (10) de détection du rayonnement infrarouge pour détecter le rayonnement infrarouge, caractérisé en ce que les puces de capteurs (10t, 10t1-10t3, lltl, llt2) sont logées dans le boîtier (30-32, 40-43), et chaque puce de capteur (10t, 10t1-10t3r lits, lite) est à même de détecter un faisceau incident différent transmis dans une direction d'incidence différente par la fenêtre (40fa,40fb,40fc) du boîtier (30-32, 40-43).
2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fenêtre (40fa,40fb,40fc) est disposée juste au- dessus des puces de capteurs (10t,10t1-10t3, lltl, llt2), et la fenêtre (40fa,40fb,40fc) possède une surface égale ou inférieure à une surface totale des puces de capteurs (10t, 10t1-10t3, lltl, llt2).
3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fenêtre (40fa,40fb,40fc) est parallèle aux puces de capteurs (10t, 10t1-10t3, lltl, llt2).
4. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fenêtre (40fa, 40fb) et les puces de capteurs (10t,i0t1,10t2) font entre eux un angle prédéterminé.
5. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: des moyens (50a,50b,60a,60b,70-73) de commande du faisceau incident pour commander la direction d'incidence du rayonnement infrarouge, et que le rayonnement infrarouge transmis par la fenêtre (40fa,40fb,40fc) est commandé par les moyens (50a,50b,60a,60b,7073) de commande du faisceau incident.
6. Détecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (50a,50b) de commande du faisceau incident sont un prisme (50a,50b).
7. Détecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (60a,60b) de commande du faisceau incident sont un déflecteur (60a,60b).
8. Détecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (70-73) de commande du faisceau incident sont un réflecteur (70-73).
9. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: une puce de circuits (20t,20t1,20t2,21t) possédant un circuit de commande d'entrée/sortie pour commander la puce de capteur (10t, 10t1-10t3, llt1, llt2), et que la puce de circuits (20t, 20t1, 20t2, 21t) est logée dans le boîtier (30-32,40-43).
10. Détecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la puce de circuits (20t,20t1,20t2r21t) inclut une pluralité de circuits de commande d'entrée/sortie, dont chacun peut commander respectivement la puce de capteur (lOt, 10t1-10t3, lltl, llt2).
11. Détecteur selon l'une ou l'autre des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les puces de capteurs (10t, 10t1-10t3, lits, llt2) sont disposées sur la puce de circuits (20t, 20t1, 20t2, 21t) .
12. Détecteur selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à il, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: des moyens (50a, 50b,60a,60b,70-73) de commande du faisceau incident pour commander la direction d'incidence du rayonnement infrarouge, et que le rayonnement infrarouge transmis par la 35 fenêtre (40fa,40fb,40fc) est commandé par les moyens (50a,50b,60a,60b,70-73) de commande du faisceau incident, et les moyens (50a,50b,60a,60b,70-73) de commande du faisceau incident sont logés dans le boîtier (30-32,40-43).
13. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la puce de capteur (10t, 10t1-10t3, lltl, llt2) inclut un substrat (1) ayant une membrane (10m) sous la forme d'une partie mince du substrat (1), que le dispositif (10) de détection de rayonnement infrarouge inclut un thermocouple (10a) et un film (10b) d'absorption du rayonnement infrarouge, disposé sur le substrat (1), que le thermocouple (10a) inclut une jonction de mesure (10ah) disposée sur la membrane (10m) et une jonction de référence (10ac) disposée sur le substrat (1), en dehors de la membrane (10m), que le film (10b) d'absorption du rayonnement infrarouge est disposé sur le substrat (1) de manière à 20 recouvrir la jonction de mesure (10ah), et que le dispositif (10) de détection du rayonnement infrarouge peut détecter le rayonnement infrarouge sur la base d'une variation de la force électromotrice du thermocouple (10a) modifiée par une différence de température entre la jonction de mesure (10ah) et la jonction de référence (10ac) dans le cas où le dispositif (10) de détection du rayonnement infrarouge reçoit le rayonnement infrarouge.
14. Détecteur selon la revendication 13, caractéri-30 sé en ce que le thermocouple (10a) inclut deux films différents (10ax,10ay) disposés sur le substrat (1), et que les deux films différents (10ax,l0ay) sont disposés alternativement en série de sorte que la jonction de mesure (10ah) et la jonction de référence (10ac) sont for- mées alternativement par une pluralité de portions de connexions (10ah, 10ac) entre les deux films différents (10ax,10ay).
15. Détecteur selon l'une ou l'autre des revendica-5 tions 13 ou 14, caractérisé en ce que le substrat (1) est formé d'un substrat semiconducteur (1), et que le dispositif (10) de détection du rayonnement infrarouge est disposé sur le substrat (1) moyennant 10 l'interposition d'un film isolant (2).
16. Détecteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur (1) possède une surface, qui est attaquée pour former la membrane (10m), cette surface étant située à l'opposé du dispositif (10) de détection du rayonnement infrarouge.
17. Détecteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur (1) possède une surface, qui est attaquée pour former la membrane (10m), cette surface étant située du même côté que le dispositif (10) de détection du rayonnement infrarouge.
18. Détecteur encapsulé de rayonnement infrarouge, comprenant un boîtier (30-31,40-42) possédant une première fenêtre (40fa) et une seconde fenêtre (40fb) pour la trans-25 mission d'un rayonnement infrarouge, et des première et seconde puces de capteurs (10t, 10t1, 10t2, lltl, lite) comportant un dispositif (10) de détection du rayonnement infrarouge pour détecter le rayonnement infrarouge, caractérisé en ce que les première et seconde puces de capteurs (10t, 10t1, 10t2, llt1, lite) sont logées dans le boîtier (30-31, 40-42), et que chaque puce de capteur (10t, 10t1, 10t2, llt1, 35 llt2) est à même de détecter un faisceau incident différent transmis dans une direction d'incidence différente par la fenêtre (40fa, 40fb) du boîtier (30-31,40-42).
19. Détecteur selon la revendication 18, caractérisé en ce que la première fenêtre (40fa) est disposée juste au-dessus de la première puce de capteur (10t,10t1, lltl) et la première fenêtre (40fa) possède une surface égale ou inférieure à une surface de la première puce de capteur (10t, 10t1, lltl) , et que la seconde fenêtre (40fb) est disposée juste au-dessus de la seconde puce de capteur (10t,10t2,11t2) et que la seconde fenêtre (40fb) possède une surface égale ou inférieure à une surface de la seconde puce de capteur (10t,10t2,11t2).
20. Détecteur selon la revendication 19, caracté- risé en ce que la première fenêtre (40fa) est parallèle à la première puce de capteur (10t,10tl,llt1), et que la seconde fenêtre (40fb) est parallèle à la seconde puce de capteur (10t,10t2,11t2).
21. Détecteur selon la revendication 19, caractérisé en ce que la première fenêtre (40fa) et la première puce de capteur (10t,10t1rlltl) font entre elles un angle prédéterminé, et la seconde fenêtre (40fb) et la seconde puce de capteur (10t,10t2,11t2) font entre elles un autre angle prédéterminé.
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