FR3135794A1 - Filtre optique pour photodétecteurs - Google Patents

Abstract

Filtre optique pour photodétecteurs La présente description concerne un filtre optique destiné à recouvrir une matrice de photodétecteurs, le filtre optique comportant une pluralité de motifs filtrants élémentaires (41) identiques régulièrement répartis sur la surface du filtre optique, chaque motif filtrant (41) comprenant un agencement d'au moins deux filtres couleurs (43, 43v, 43ir, 43r, 43b, 43g) accolés, deux motifs filtrant élémentaires (41) voisins étant espacés de la dimension d'au moins deux photodétecteurs. Figure pour l'abrégé : Fig. 2

Description

Filtre optique pour photodétecteurs

La présente description concerne de façon générale un filtre optique destiné à recouvrir des photodétecteurs au sein d'un dispositif d'acquisition d'images et, plus particulièrement d'un dispositif d'acquisition d'empreintes digitales.

Les dispositifs d'acquisition d'empreintes digitales sont utilisés dans de nombreux domaines afin, par exemple, de sécuriser des appareils, sécuriser des bâtiments, contrôler des accès ou contrôler l'identités d'individus.

Alors que les données, informations et accès protégés par des capteurs d'empreintes se multiplient, les dispositifs d'acquisition des empreintes digitales sont la cible de nombreuses fraudes.

Les fraudes les plus courantes sont les photocopies de doigts ou d'empreintes digitales ou la reconstitution de doigts ou d'empreintes digitales en résine, en silicone, en latex ou en gélatine.

Il existe un besoin d'améliorer et de sécuriser les dispositifs d'acquisition d'empreintes digitales.

Un mode de réalisation prévoit un filtre optique destiné à recouvrir une matrice de photodétecteurs, le filtre optique comportant une pluralité de motifs filtrants élémentaires identiques régulièrement répartis sur la surface du filtre optique, chaque motif filtrant comprenant un agencement d'au moins deux filtres couleurs accolés, deux motifs filtrant élémentaires voisins étant espacés de la dimension d'au moins deux photodétecteurs.

Selon un mode de réalisation, chaque filtre couleur a une superficie correspondant à la superficie d'au moins une sous-matrice de deux par deux photodétecteurs adjacents.

Selon un mode de réalisation, deux motifs filtrants sont espacés de la dimension d'au moins quatre photodétecteurs dans la direction des lignes de la matrice et de la dimension d'au moins quatre photodétecteurs dans la direction des colonnes de la matrice.

Selon un mode de réalisation, les motifs filtrants sont positionnés au sein du filtre optique de sorte que des zones s'étendant sur toute la longueur ou toute la largeur du filtre optique soient non recouvertes par les motifs filtrants, les zones ayant une largeur égale à la largeur d'au moins deux photodétecteurs.

Selon un mode de réalisation, les motifs filtrants comprennent au moins trois filtres couleurs accolés, au moins l'un des au moins trois filtres couleurs correspondant à une superposition des autres filtres couleurs.

Selon un mode de réalisation, chacun des autres filtres couleurs laisse passer une bande de longueur d'onde du rayonnement visible et le rayonnement infrarouge.

Selon un mode de réalisation, ledit au moins un des au moins trois filtres couleurs laisse passer uniquement le rayonnement infrarouge.

Selon un mode de réalisation, chaque motif filtrant comprend trois filtres couleurs agencés en "L".

Selon un mode de réalisation, chaque motif filtrant comprend quatre filtres couleurs agencés en carré.

Selon un mode de réalisation, chaque motif filtrant comprend quatre filtres couleurs agencés en "T".

Un autre mode de réalisation prévoit un dispositif d'acquisition d'images comprenant un capteur à photodétecteurs et un filtre optique tel que défini ci-dessus.

Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs sont organiques.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un filtre angulaire, différent du filtre optique.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte une unité de traitement.

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

la illustre, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images ;

la représente, par une vue de dessus, partielle et schématique, un mode de réalisation du dispositif d'acquisition d'images de la ;

la représente, par une vue de dessus, partielle et schématique, un autre mode de réalisation du dispositif d'acquisition d'images de la ;

la représente, par une vue de dessus, partielle et schématique, encore un autre mode de réalisation du dispositif d'acquisition d'images de la ; et

la représente, par une vue en perspective, partielle et schématique, un mode de réalisation du dispositif d'acquisition d'images de la .

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.

Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, le fonctionnement d'un capteur d'images et l'exploitation des données par une unité de traitement n'ont pas été détaillés, la présente description étant compatible avec les capteurs d'images usuels ou ces éléments étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description.

Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.

Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.

Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.

Dans la suite de la description, sauf précision contraire, une couche ou un film est dit opaque à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est inférieure à 10 %. Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit transparent à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est supérieure à 10 %. Selon un mode de réalisation, pour un même système optique, tous les éléments du système optique qui sont opaques à un rayonnement ont une transmittance qui est inférieure à la moitié, de préférence inférieure au cinquième, plus préférentiellement inférieure au dixième, de la transmittance la plus faible des éléments du système optique transparents audit rayonnement. Dans la suite de la description, on appelle "rayonnement utile" le rayonnement électromagnétique traversant le système optique en fonctionnement.

Dans la suite de la description, on appelle "élément optique de taille micrométrique" un élément optique formé sur une face d'un support dont la dimension maximale, mesurée parallèlement à ladite face, est supérieure à 1 µm et inférieure à 1 mm. On appelle longueur d'onde d'un rayonnement, ou longueur d'onde centrale ou principale du rayonnement, la longueur d'onde à laquelle le maximum du spectre du rayonnement est atteint.

Des modes de réalisation de systèmes optiques vont maintenant être décrits pour des systèmes optiques comprenant une matrice d'éléments optiques à taille micrométrique dans le cas où chaque élément optique à taille micrométrique correspond à une lentille à taille micrométrique, ou microlentille, composée de deux dioptres. Toutefois, il est clair que ces modes de réalisation peuvent également être mis en oeuvre avec d'autres types d'éléments optiques de taille micrométrique, chaque élément optique de taille micrométrique pouvant correspondre, par exemple, à une lentille de Fresnel de taille micrométrique, à une lentille à gradient d'indice de taille micrométrique ou à un réseau de diffraction de taille micrométrique.

Dans la suite de la description, on appelle lumière visible un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 700 nm, et, dans cette plage, lumière rouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 600 nm et 700 nm, lumière bleue un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 430 nm et 490 nm et lumière verte un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 510 nm et 570 nm. On appelle rayonnement infrarouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1 mm. Dans le rayonnement infrarouge, on distingue notamment le rayonnement infrarouge proche dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1,1 µm.

Sauf précision contraire, les expressions "l'ensemble des éléments", "tous les éléments", "chaque élément", signifient entre 95 % et 100 % des éléments.

Les inventeurs ont mis en évidence qu'il est possible de distinguer un vrai doigt d'un faux doigt à partir d'images acquises à des longueurs d'onde différentes. Plus précisément, les inventeurs ont constaté qu'il est possible de distinguer un vrai d'un faux doigt à partir au moins d'une image acquise dans une longueur d'onde de l'infrarouge et d'une image acquise dans une longueur d'onde du visible.

Il est donc intéressant, pour des utilisations biométriques, de surmonter les capteurs d'images par des filtres comportant des parties filtrant dans le visible et des parties filtrant dans l'infrarouge.

La présence de ces filtres de couleurs peut, toutefois, perturber le fonctionnement des traitements d'images mis en oeuvre pour reconstruire une empreinte digitale et identifier un utilisateur à partir de cette empreinte. A titre d’exemple, les traitements mis en oeuvre peuvent comprendre une pondération ou normalisation de la réponse de chaque photodétecteur d’un capteur matriciel par une valeur représentative de la moyenne des réponses de l'ensemble des photodétecteurs d'une même ligne. Or, la présence des filtres de couleurs peut fausser cette valeur moyenne, l'intensité lumineuse perçue par les photodétecteurs recouverts par un filtre de couleurs étant différente de celle perçue par les photodétecteurs non recouverts par un filtre de couleurs.

La illustre, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images 1.

Le dispositif 1 d'acquisition d'images comprend un capteur d'images 11 comportant des photodétecteurs 21, par exemple des photodiodes. Le dispositif 1 est adapté à capter la réponse image d'un objet 17, partiellement représenté, de préférence, un doigt situé en vis-à-vis de la face supérieure du dispositif 1 et ainsi du capteur d'images 11. Pour cela, le capteur 11 est adapté à détecter un rayonnement 15, émis en partie par une source lumineuse (non représentée) qui se reflète sur l'objet 17. La source lumineuse est, par exemple située entre le capteur 11 et l'objet 17, par exemple entre la face supérieure du dispositif 1 et l'objet 17.

La source lumineuse est constituée, par exemple, d'une ou plusieurs diodes électroluminescentes (LED, Light-Emitting Diode), éventuellement associées à une couche guide d'onde. En variante, la source lumineuse est constituée d'une ou plusieurs diodes électroluminescentes organiques (OLED, Organic Light-Emitting Diode), également éventuellement associées à une couche guide d'onde. Si la source lumineuse comprend plusieurs diodes, elles peuvent être identiques et émettre le même rayonnement. En variante, les sources peuvent être différentes et émettre des rayonnements différents, l'ensemble des différents rayonnements formant en partie le rayonnement 15. Le rayonnement émis par la source lumineuse est, par exemple appelé rayonnement utile.

A titre d'exemple, en plus du rayonnement utile émis par la source lumineuse, le rayonnement 15 comprend des rayonnements dits parasites provenant de l'environnement extérieur au dispositif 1. Les rayonnements parasites comprennent, par exemple, des longueurs d'ondes dans le visible et/ou dans l'infrarouge.

Le rayonnement 15 comprend alors, par exemple, au moins une partie des longueurs d'ondes du visible et, par exemple, une partie des longueurs d'ondes de l'infrarouge.

Dans la présente description, les modes de réalisation des dispositifs des figures 1 à 5 sont représentés dans l'espace selon un repère XYZ orthogonal direct, l'axe Y du repère XYZ étant orthogonal à la face supérieure du capteur 11.

A titre d'exemple, le dispositif 1 comprend une unité de traitement 19 comprenant, par exemple, un microprocesseur (non représenté). L'unité de traitement 19 peut correspondre à un ordinateur ou un téléphone portable (smartphone).

A titre d'exemple, les photodétecteurs 21 du capteur d'images 11 sont des photodiodes organiques (OPD, Organic Photodiode) intégrées sur un substrat à transistors CMOS (de l'anglais "Complementary Metal Oxide Semiconductor", semiconducteur oxyde métal complémentaire) ou un substrat à transistors TFT (de l'anglais "Thin Film Transistor", transistor en couches minces).

En variante, les photodétecteurs 21 sont des photodiodes non organiques, par exemple, réalisées à base de silicium amorphe ou silicium cristallin. A titre d'exemple, les photodiodes 21 sont composées de boites quantiques (quantum dots).

Les photodétecteurs 21 sont, par exemple, agencés sous forme matricielle. Chaque photodétecteur 21 est, de préférence, de forme sensiblement carrée dans le plan XZ. En variante, les photodétecteurs 21 sont ronds, rectangulaires d'une autre forme aléatoire.

Les photodétecteurs 21 ont, par exemple, tous la même structure et les mêmes propriétés/caractéristiques. En d'autres termes, tous les photodétecteurs 21 sont, par exemple, sensiblement identiques aux différences de fabrication près.

A titre d'exemple, le dispositif 1 comprend, un premier filtre optique 18 sur et en contact de la face supérieure du capteur d'images 11, dans l'orientation de la . Le filtre optique 18 est, par exemple un filtre angulaire.

Le filtre optique 18 comprend de bas en haut dans l'orientation de la :

1. une première couche 23 comprenant des ouvertures 25, ou trous, et des murs 27 opaques au rayonnement 15. Les ouvertures 25 sont, par exemple, comblées par un matériau formant, sur la face inférieure de la couche 23, une couche 29 ;
2. un substrat ou support 31, reposant sur la face supérieure de la couche 23 ; et
3. un réseau de lentilles 33 de taille micrométrique, situé sur la face supérieure du substrat 31, la face plane des lentilles 33 et la face supérieure du substrat 31 se faisant face. Le réseau de lentilles 33 est surmonté par une couche 35 d'aplanissement.

Le substrat 31 peut être en un polymère transparent qui n'absorbe pas, au moins, les longueurs d'ondes considérées, ici dans le domaine du visible et, par exemple de l'infrarouge. Ce polymère peut notamment être en poly(téréphtalate d'éthylène) PET, en poly(métacrylate de méthyle) PMMA, en polymère d'oléfinecyclique (COP), en polyimide (PI), ou en polycarbonate (PC). L'épaisseur du substrat 31 peut, par exemple, varier entre 1 µm et 100 µm, par exemple entre 10 µm et 100 µm. Le substrat 31 peut correspondre à un filtre coloré, à un polariseur, à une lame demi-onde ou à une lame quart d'onde.

Les lentilles 33 peuvent être réalisées en silice, en PMMA, en une résine photosensible positive, en PET, en poly(naphtalate d'éthylène) (PEN), en COP, en polydiméthylsiloxane (PDMS)/silicone, en résine époxy ou en résine acrylate. Les lentilles 33 peuvent être formées par fluage de blocs d'une résine photosensible. Les lentilles 33 peuvent, en outre, être formées par moulage sur une couche de PET, de PEN, de COP, de PDMS/silicone, de résine époxy ou de résine acrylate. Les lentilles 33 sont des lentilles convergentes ayant chacune une distance focale f comprise entre 1 µm et 100 µm, par exemple entre 1 µm et 70 µm. Selon un mode de réalisation, toutes les lentilles 33 sont sensiblement identiques aux différences de fabrication près. Les lentilles ont, par exemple, un diamètre compris entre 10 µm et 100 µm, par exemple égal à environ 20 µm.

Les lentilles 33 et le substrat 31 sont, de préférence, réalisés dans des matériaux transparents ou partiellement transparents, c'est à-dire transparents dans une partie du spectre considéré pour le domaine visé, par exemple l'imagerie, sur la plage de longueurs d'ondes correspondant aux longueurs d'ondes utilisées lors de l'exposition, par exemple les plages du visible et, par exemple de l'infrarouge.

Selon un mode de réalisation, la couche 35 est une couche qui épouse la forme des lentilles 33. La couche 35 peut correspondre à un adhésif optiquement transparent (Optically Clear Adhesive - OCA), notamment un adhésif optiquement transparent liquide (Liquid Optically Clear Adhesive - LOCA), ou à un matériau à bas indice de réfraction, (par exemple une colle epoxy/acrylate) ou à un film d'un gaz ou d'un mélange gazeux, par exemple de l'air.

Les ouvertures 25 sont, par exemple, remplies d'air, de vide partiel ou d'un matériau au moins partiellement transparent dans les domaines du visible et de l'infrarouge.

Le filtre angulaire 18 est adapté à filtrer le rayonnement incident en fonction de l'incidence du rayonnement par rapport aux axes optiques des lentilles 33.

Le filtre angulaire 18 est, plus particulièrement, adapté à ce que chaque photodétecteur 21 du capteur d'images 11 reçoive seulement les rayons dont les incidences respectives par rapport aux axes optiques respectifs des lentilles 33 associées à ce photodétecteur 21 sont inférieures à une incidence maximale inférieure à 45°, par exemple inférieure à 30°, par exemple inférieure à 10°, par exemple inférieure à 5°. Le filtre angulaire 18 est adapté à bloquer les rayons du rayonnement incident dont les incidences respectives par rapport aux axes optiques des lentilles 33 du filtre optique 18 sont supérieures à l'incidence maximale.

Chaque ouverture 25 est, de préférence, associée à une seule lentille 33. Les axes optiques des lentilles 33 sont, par exemple, centrés avec les centres des ouvertures 25 de la couche 23. Le diamètre des lentilles 33 est, par exemple, supérieur à la taille maximale de la section (perpendiculaire à l'axe optique des lentilles 33) des ouvertures 25.

Chaque photodétecteur 21 est, par exemple, associé à au moins quatre ouvertures 25 (et quatre lentilles 33). A titre d’exemple, chaque photodétecteur 21 est associé à exactement quatre ouvertures 25. A titre de variante, l'organisation du réseaux des lentilles 33 et des ouvertures 25 est hexagonale. Dans ce cas, chaque photodétecteur 21 est par exemple associé à au moins cinq ouvertures 25.

Le dispositif 1 est, de préférence, divisé en pixels 37. On utilise le terme pixel pour définir une partie du capteur d'images 11 comprenant un unique photodétecteur 21. La dénomination pixel peut s'appliquer à l'échelle du capteur d'images 11 mais aussi à l'échelle du dispositif 1. A l'échelle du dispositif 1, un pixel correspond à l'ensemble de l'empilement, constituant ledit dispositif 1, à l'aplomb du pixel du capteur 11. Dans l'ensemble de cette description, le terme pixel, sauf précision contraire, fait référence à un pixel à l'échelle du dispositif 1.

Dans l'exemple de la , un pixel 37 correspond à chaque partie du dispositif 1 comprenant, entre autres, un photodétecteur 21, par exemple surmonté par quatre ouvertures 25, elles mêmes par exemple surmontées par quatre lentilles 33. Chaque pixel 37 est, de préférence, de forme sensiblement carrée vu dans le plan XZ. Par exemple, la superficie de chaque pixel est par exemple comprise entre 10 µm par 10 µm et 150 µm par 150 µm, par exemple comprise entre 50 µm par 50 µm et 90 µm par 90 µm, par exemple égale à environ 50,8 µm par 50,8 µm, à 75 µm par 75 µm ou à 85 µm par 85 µm.

Selon le mode de réalisation illustré en , le dispositif 1 comprend un deuxième filtre optique 39, situé sur la face supérieure du premier filtre optique 18, plus précisément sur la face supérieure de la couche 35. A titre d'exemple, le filtre optique 39 est en contact avec la face supérieure de la couche 35.

En variante, le filtre optique 39 est situé entre le capteur d'images 11 et le filtre angulaire 18 ou entre deux couches constitutives du filtre angulaire 18, par exemple, entre la couche 23 et le substrat 31.

Le filtre optique 39 est différent du filtre optique 18, c'est-à-dire qu'il s'agit de deux structures de composition et de fonction différentes.

Le filtre optique 39 comprend une pluralité de motifs filtrants élémentaires 41 régulièrement répartis sur la surface du capteur. Au sein du filtre optique 39, les motifs filtrants 41 sont de préférence tous identiques aux différences de fabrication près. A titre d'exemple, le filtre optique 39 est, en dehors des motifs filtrants 41, transparent dans le domaine du visible et de l'infrarouge. En variante, le filtre optique 39 est, en dehors des motifs filtrants 41, partiellement transparent dans le domaine du visible et de l'infrarouge. A titre d’exemple, en dehors des motifs filtrants 41, le filtre optique 39 est constitué d’un unique matériau présentant des propriétés optiques uniformes ou homogènes. A titre d'exemple, en dehors des motifs filtrants 41, le filtre optique 39 est constitué d'air, d'un vide partiel ou d'un polymère.

A titre d'exemple, les motifs filtrants 41 peuvent correspondre à une association de plusieurs résines, par exemple des résines colorées, par exemple des résines de la gamme commerciale "COLOR MOSAIC" du fabriquant Fujifilm.

Chaque motif filtrant 41 comprend au moins deux filtres couleurs 43. Les filtres couleurs 43 au sein d'un même motif filtrant 41 sont accolés, c'est-à-dire que dans le plan XZ, le motif filtrant 41 est ininterrompu et que chaque filtre couleur 43 a, au moins un bord en commun avec un autre filtre couleur 43 du même motif filtrant 41.

A titre d'exemple, les filtre couleur 43 ont tous une forme sensiblement carrée en vue de dessus. A titre d’exemple, les filtres couleur 43 au sein d’un même motif filtrant 41 ont tous sensiblement la même forme et les mêmes dimensions latérales. Chaque filtre couleur 43 a, par exemple, une superficie (dans le plan XZ) correspondant à la superficie d'au moins une sous-matrice de deux par deux pixels 37 adjacents. En d'autres termes, les filtres couleurs 43 ont, par exemple une dimension, selon l'axe X, correspondant à au moins deux fois la dimension d'un pixel 37 et une dimension, dans la direction de l'axe Z, correspondant à au moins deux fois la dimension, selon l'axe Z, d'un pixel 37.

Un avantage de ces dimensions est que l'étape de report ou de formation du filtre optique 39 sur la face supérieure du filtre angulaire 18 ne nécessite alors pas d'alignement du filtre optique 39 et des motifs filtrants 41 avec les photodétecteurs 21. En effet, en dimensionnant les filtres couleurs 43 de la sorte, il est assuré que chaque filtre couleur 43 recouvre entièrement au moins un pixel 37 et plus précisément un photodétecteur 21 et ce même sans alignement préalable des deux structures concernées.

A titre d'exemple, le motif filtrant 41 comprend au moins un filtre couleur 43ir dit filtre infrarouge, adapté à laisser passer uniquement un rayonnement infrarouge, c’est à dire à bloquer toutes les longueurs d'ondes hors de la bande de 700 nm à 1 mm, de préférence, hors de la bande de 700 nm à 1100 nm. Les filtres couleurs 43ir permettent, par exemple, de mesurer le rayonnement parasite afin de le prendre en compte dans les résultats obtenus pour l'identification d'un faux doigt.

A titre d'exemple, le motif filtrant 41 comprend au moins un filtre couleur 43v, dit filtre visible, adapté à laisser passer uniquement le rayonnement infrarouge et une gamme de longueurs d'ondes restreinte dans le visible, par exemple uniquement les rayonnements infrarouge et vert ou uniquement les rayonnements infrarouge et bleu ou uniquement les rayonnements infrarouge et rouge.

A titre d'exemple, le matériau constitutif du filtre optique 39 en dehors des motifs filtrants 41, par exemple une résine ou un matériau polymère, par exemple transparent, est d’abord déposé sur l'ensemble de la face supérieure du filtre optique 18, plus particulièrement, sur la face supérieure de la couche 35. A ce stade, ce matériau forme une couche s’étendant de façon continue et avec une épaisseur sensiblement uniforme sur toute la surface supérieure du filtre optique 18. Ce matériau est ensuite, par exemple, retiré localement par photolithographie ou photolithogravure de sorte à former des logements destinés à recevoir une première partie des filtres couleurs 43 des motifs filtrants 41 correspondant à l'ensemble des filtres couleurs 43 du même type c'est-à-dire les filtres couleurs 43 ayant les mêmes propriétés de filtrage. Toujours en exemple, le matériau constitutif des filtres couleurs 43 considérés est déposé pleine plaque sur la face supérieure de la structure et plus précisément sur la face supérieure du filtre optique 39 et dans les logements préalablement formés dans ce filtre 39. La face supérieure de la couche du matériau constitutif de la première partie des filtres couleurs 43 subit ensuite une planarisation mécano-chimique (CMP, Chemical Mechanical Planarization) de façon à dévoiler la face supérieure du filtre optique 39 ou une photolithographie de sorte à retirer le matériau constitutif des filtres couleurs 43 considérés, situé à la surface du filtre optique 39. A titre d'exemple, les étapes de formation, remplissage des logements et dévoilement par CMP ou lithographie sont répétées pour tous les types de filtres couleurs. Selon un mode de réalisation, l'épaisseur des filtres couleurs est comprise entre 200 nm et 10 µm, de préférence entre 500 nm et 2 µm.

En variante, les filtres couleurs 43 et le matériau constitutif du filtre optique 39, en dehors des motifs 41, sont déposés localement à la surface du filtre angulaire 18 par des techniques de dépôt localisé comme la technique de sérigraphie, la technique du jet d'encre (inkjet) ou la technique de pulvérisation (spray).

Différents agencements des filtres couleurs 43 au sein d'un motif filtrant 41 et différents agencements des motifs filtrants 41 au sein du filtre optique 39 sont détaillés ci-après en relation avec les figures 2 à 4.

La représente, par une vue de dessus, partielle et schématique, un mode de réalisation du dispositif 1 d'acquisition d'images de la , la étant une vue en coupe, selon le plan de coupe AA de la .

Dans l'exemple de la , un motif filtrant 41 comprend quatre filtres couleurs 43.

Dans l'exemple de la , parmi les filtres couleurs 43 :

1. un filtre couleur 43ir est adapté à bloquer l'ensemble des longueurs d'ondes hors du domaine de l'infrarouge ; et
2. trois filtres couleurs 43v sont chacun adapté à ne laisser passer que l'infrarouge et au moins une longueur d'onde ou gamme de longueurs d'ondes dans le visible.

Dans l'exemple de la , les filtres couleurs 43v sont tous différents, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas adaptés à laisser passer la même longueur d'onde ou gamme de longueurs d'ondes dans le visible.

A titre d'exemple, le motif filtrant 41 de la comprend :

1. le filtre couleur 43ir (IR) dit filtre infrarouge adapté à bloquer toutes les longueurs d'ondes hors de la bande de 700 nm à 1 mm, de préférence, hors de la bande de 700 nm à 1100 nm ;
2. un filtre couleur 43r (R) dit filtre rouge adapté à laisser uniquement les longueurs d'ondes de l'infrarouge et au moins une longueur d'onde de la bande du rouge, c'est-à-dire la bande comprise entre 600 nm et 700 nm ;
3. un filtre couleur 43b (B) dit filtre bleu adapté à laisser uniquement les longueurs d'ondes de l'infrarouge et au moins une longueur d'onde de la bande du bleu, c'est-à-dire la bande comprise entre 430 nm et 490 nm ; et
4. un filtre couleur 43g (G) dit filtre vert adapté à laisser uniquement les longueurs d'ondes de l'infrarouge et au moins une longueur d'onde de la bande du vert, c'est-à-dire la bande comprise entre 510 nm et 570 nm.

Dans l'exemple de la , les filtres couleurs 43 sont agencés selon un "T" (inversé dans l'orientation de la ) de sorte que le filtre infrarouge 43ir ait un coté commun avec le filtre rouge 43r, un coté commun avec le filtre bleu 43b et un coté commun avec le filtre vert 43g. A titre d'exemple, les filtres couleurs 43g et 43b sont séparés par le filtre infrarouge 43ir. En d'autres termes, le motif filtrant 41 tel qu'il est illustré en comprend, selon l'axe Z, dans l'ordre, le filtre vert 43g, le filtre infrarouge 43ir et le filtre bleu 43b et selon l'axe X, le filtre infrarouge 43ir et le filtre rouge 43r.

En variante, les filtres 43 peuvent être agencés au sein du "T" du motif filtrant 41 différemment de ce qui a été décrit ci-avant.

A titre d'exemple, les motifs filtrants élémentaires 41 sont agencés selon une pluralité de matrices entrelacées, chaque matrice comportant des lignes parallèles à la direction des lignes de la matrice de photodétecteurs 21 et des colonnes parallèles à la direction des colonnes de la matrice de photodétecteurs 21. Dans cet exemple, dans chaque matrice, deux motifs filtrants 41 consécutifs d'une même ligne sont espacés d'une même distance Pz, et deux motifs filtrants 41 consécutifs d'une même colonne sont espacés d'une même distance Px. Autrement dit, dans cet exemple, les motifs filtrants élémentaires 41 sont agencés selon plusieurs matrices entrelacées de mêmes pas dans la direction X et dans la direction Z.

Les matrices successives de motifs filtrants 41 sont entrelacées avec un décalage δx constant d’une matrice à sa plus proche voisine selon la direction X et un décalage δz constant d’une matrice à sa plus proche voisine selon la direction Z. A titre d'exemple, deux lignes consécutives quelconques de motifs filtrants 41 du filtre optique 39 sont espacées d'une même distance Ex et deux colonnes consécutives quelconques de motifs filtrants 41 du filtre optique 39 sont espacées d'une même distance Ez. A titre d'exemple, les motifs filtrants 41 sont agencés selon au moins deux matrices entrelacées avec un décalage en X et en Z entre deux matrices successives. Dans l'exemple illustré en , les motifs filtrants 41 sont agencés selon trois matrices entrelacées avec un décalage en X et en Z entre deux matrices successives.

A titre d'exemple, selon l’axe X, la distance Px est comprise entre la dimension de quatre pixels 37 et la dimension de quinze pixels 37 du dispositif 1, par exemple supérieure à la dimension de six pixels 37 et par exemple comprise entre la dimension de six pixels 37 et la dimension de dix pixels 37. Similairement, selon l’axe Z, la distance Pz est comprise entre la dimension de six pixels et la dimension de vingt pixels 37, par exemple supérieure à la dimension de huit pixels 37 et par exemple comprise entre la dimension de neuf pixels 37 et la dimension de quatorze pixels 37.

A titre d'exemple, le décalage δx est supérieur à la dimension, selon l'axe X, de six pixels 37 et le décalage δz est supérieur à la dimension, selon l'axe Z, de huit pixels 37. La distance Ex est, par exemple, supérieure à la dimension, selon l'axe X, de deux pixels 37. Similairement, la distance Ez est, par exemple, supérieure à la dimension, selon l'axe Z, de deux pixels 37. Cet agencement permet d'assurer que des lignes de photodétecteurs sous-jacents 21 soient complétement non recouvertes par des motifs filtrants 41, et, similairement que des colonnes de photodétecteurs sous-jacents 21 soient complètement non recouvertes par des motifs 41.

Un avantage que des lignes et des colonnes entières de photodétecteurs 21 soient non recouvertes par des filtres couleurs 43 est que cela facilite le traitement des images et améliore notamment les performances de détection et d’identification d’empreintes.

La représente, par une vue de dessus, partielle et schématique, un autre mode de réalisation du dispositif d'acquisition d'images de la . Plus particulièrement, la diffère de la en ce que les filtres couleurs 43 sont agencés au sein du motif filtrant 41 de sorte que le motifs filtrant 41 ait une forme carrée.

Chaque motif filtrant 41 du filtre optique 39 de la figue 3 comprend les mêmes filtres couleurs 43 que ceux présents dans le motif filtrant 41 du filtre optique 39 de la . Chaque motif filtrant 41 du filtre optique de la comprend ainsi un filtre infrarouge 43ir, un filtre bleu 43b, un filtre rouge 43r et un filtre vert 43g.

A titre d'exemple, au sein d'un motif filtrant 41, tel qu'illustré en , les filtres 43ir et 43b sont opposés et les filtres 43r et 43g sont opposés. A titre, d'exemple, dans l'orientation de la , chaque motif filtrant 41 comprend, dans son coin supérieur gauche le filtre bleu 43b.

A titre d'exemple, selon l’axe X, la distance Px est comprise entre la dimension de quatre pixels 37 et la dimension de vingt-et-un pixels 37 du dispositif, par exemple supérieure à la dimension de cinq pixels 37 et par exemple comprise entre la dimension de six pixels 37 et la dimension de dix pixels 37. Du fait de la forme carrée des motifs filtrants 43 illustrés en , les dimensions décrites ci-avant pour la distance Px s'appliquent également pour la distance Py.

A titre d'exemple, les décalages δx et δz sont supérieurs à la dimension, respectivement selon l'axe X et selon l'axe Z, de six pixels 37. Les distances Ex et Ez sont, par exemple, supérieures à la dimension, respectivement selon l'axe X et selon l'axe Z, de deux pixels 37.

La représente, par une vue de dessus, partielle et schématique, un autre mode de réalisation du dispositif d'acquisition d'images de la . Plus particulièrement, la diffère de la en ce que les motifs filtrants 41 ne comprennent que deux des trois filtres couleurs 43r, 43b et 43g.

Dans l'exemple de la , seuls les filtres couleurs 43g et 43r sont présents en plus du filtre 43ir. A titre de variante, les deux filtres couleurs peuvent être les filtres couleurs 43g et 43b, ou 43b et 43r.

Les dimensions des filtres couleurs 43, l'agencement des motifs 41 au sein du filtre optique 39 et l'espacements entre les motifs 41 sont, par exemple similaires à ce qui a été décrit ci-avant pour le dispositif présenté dans la .

La représente, par une vue en perspective, partielle et schématique, un mode de réalisation du dispositif d'acquisition, d'images de la .

En , le dispositif 1 a été simplifié. Le capteur d'images 11 et le filtre angulaire 18 ont été représentés par un unique parallélépipède blanc.

La particularité de ce mode de réalisation est que le filtre infrarouge 43ir n’est pas constitué par un matériau de filtrage spécifique différent des filtres visibles 43v, mais est formé par superposition des matériaux constitutifs d’au moins deux des filtres visibles 43v du motif 41.

Par exemple, lors de la formation du filtre optique 39, les filtres couleurs 43b, 43r et/ou 43g sont déposés l'un après l'autre de sorte qu'ils se superposent en partie. Dans ce mode de réalisation les filtres couleurs 43r, 43g et 43b ont chacun une superficie équivalente à la superficie de huit pixels 37, c'est-à-dire que chaque filtre couleur 43r, 43g et/ou 43b a une superficie correspondant à la superficie de deux pixels 37 par quatre pixels. Par exemple, les filtres 43r, 43g et/ou 43b se superposent sur la moitié de leurs surfaces. Par exemple, les filtres 43r, 43g et 43b se superposent de sorte que, en vue de dessus, le motif 41 formé par les filtres 43r, 43g et 43b corresponde au motif 41 illustré en , 3 ou 4.

En , le filtre infrarouge 43ir correspond à la superposition des trois filtres couleurs 43r, 43g et 43b.

Dans l'exemple de la :

1. le filtre rouge 43r a une largeur, selon l'axe Z, correspondant à la largeur, selon l'axe Z, de deux pixels et une longueur, selon l'axe X, correspondant à la longueur, selon l'axe X, de quatre pixels 37 ;
2. le filtre bleu 43b a une largeur, selon l'axe Z, correspondant à la largeur, selon l'axe Z, de quatre pixels et une longueur, selon l'axe X, correspondant à la longueur, selon l'axe X, de deux pixels 37 ; et
3. le filtre vert 43g a une largeur, selon l'axe Z, correspondant à la largeur, selon l'axe Z, de quatre pixels et une longueur, selon l'axe X, correspondant à la longueur, selon l'axe X, de deux pixels 37.

Un avantage des modes de réalisation décrits réside dans le fait que les filtres couleurs 43 d’un même motif filtrant élémentaire 41 sont accolés. Cela permet de réduire le nombre de pixels 37 seulement partiellement revêtus par un filtre couleur 43. En effet, chaque filtre couleur 43, ayant une superficie correspondant à la superficie de quatre pixels 37, recouvre entièrement au moins un photodétecteur 21 dont le signal reçu peut être exploité et peut recouvrir partiellement jusqu'à huit photodétecteurs 21 voisins (voir l’exemple de la ) dont le signal sera alors difficilement voire non exploitable pour reconstruire une empreinte digitale ou identifier un utilisateur. Accoler les filtres couleurs 43 permet de limiter le nombre total de photodétecteurs 21 partiellement recouverts à l'échelle du filtre optique 39.

Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier.

En particulier, le mode de réalisation illustré en est compatibles avec les modes de réalisation des figures 3 et 4.

De plus, dans les modes de réalisation décrits, le filtre optique 18 correspond à un filtre angulaire. Toutefois ils peuvent s'appliquer à des dispositifs ne comportant pas de filtre optique 18, comportant un autre type de filtre optique, comme un filtre spatial ou comportant un filtre angulaire différent de celui représenté en .

De plus, les modes de réalisation décrits peuvent s'appliquer à des dispositifs dont les photodétecteurs et/ou les pixels ont des géométries différentes de ce qui a été décrit.

Encore, les modes de réalisation décrits ne se limitent aux exemples de matériaux et de dimensions mentionnés dans la présente description.

Pour finir, dans les modes de réalisation décrits, les motifs filtrants 41 sont organisés au sein du filtre optique 39 selon plusieurs matrices entrelacées et décalées les unes par rapport aux autres selon les directions X et Z. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier.

Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims (14)

1. Filtre optique (39) destiné à recouvrir une matrice de photodétecteurs (21), le filtre optique comportant une pluralité de motifs filtrants élémentaires (41) identiques régulièrement répartis sur la surface du filtre optique (39), chaque motif filtrant (41) comprenant un agencement d'au moins deux filtres couleurs (43, 43v, 43ir, 43r, 43b, 43g) accolés, deux motifs filtrant élémentaires (41) voisins étant espacés de la dimension d'au moins deux photodétecteurs.
2. Filtre optique (39) selon la revendication 1, dans lequel chaque filtre couleur (43, 43v, 43ir, 43r, 43b, 43g) a une superficie correspondant à la superficie d'au moins une sous-matrice de deux par deux photodétecteurs (21) adjacents.
3. Filtre optique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel deux motifs filtrant (41) sont espacés de la dimension d'au moins quatre photodétecteurs (21) dans la direction (Z) des lignes de la matrice et de la dimension d'au moins quatre photodétecteurs dans la direction (X) des colonnes de la matrice.
4. Filtre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les motifs filtrants (41) sont positionnés au sein du filtre optique (39) de sorte que des zones s'étendant sur toute la longueur ou toute la largeur du filtre optique soient non recouvertes par les motifs filtrants, les zones ayant une largeur égale à la largeur d'au moins deux photodétecteurs (21).
5. Filtre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les motifs filtrant (41) comprennent au moins trois filtres couleurs (43, 43v, 43ir, 43r, 43b, 43g) accolés, au moins l'un (43ir) des au moins trois filtres couleurs correspondant à une superposition des autres filtres couleurs.
6. Filtre optique selon la revendication 5, dans lequel chacun desdits autres filtres couleurs (43v, 43r, 43b, 43g) laisse passer une bande de longueur d'onde du rayonnement visible et le rayonnement infrarouge.
7. Filtre optique selon la revendication 5 ou 6, dans lequel ledit (43ir) au moins un des au moins trois filtres couleurs laisse passer uniquement le rayonnement infrarouge.
8. Filtre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque motif filtrant (41) comprend trois filtres couleurs (43, 43v, 43ir, 43r, 43b, 43g) agencés en "L".
9. Filtre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque motif filtrant (41) comprend quatre filtres couleurs (43, 43v, 43ir, 43r, 43b, 43g) agencés en carré.
10. Filtre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque motif filtrant (41) comprend quatre filtres couleurs (43, 43v, 43ir, 43r, 43b, 43g) agencés en "T".
11. Dispositif d'acquisition d'images (1) comprenant un capteur (11) à photodétecteurs (21) et un filtre optique (39) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
12. Dispositif d'acquisition d'images selon la revendication 11, dans lequel les photodétecteurs (21) sont organiques.
13. Dispositif d'acquisition d'images selon la revendication 11 ou 12, comprenant un filtre angulaire (18), différent du filtre optique (39).
14. Dispositif d'acquisition d'images selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, comportant une unité de traitement (19).