Brevet FR2680245A1 — publié le 19930212

I La présente invention concerne un détecteur photoélectrique comprenant une matrice d'éléments à transfert de charges munie d'une vitre de fermeture présentant une face interne, tournée vers ladite matrice, et une face externe, opposée à ladite face interne. L'invention trouve une application particulièrement avanta- geuse dans l'utilisation des détecteurs photoélectriques matriciels à transfert de charges, en particulier les détecteurs connus sous le nom de CCD (de l'anglo-saxon "Charge Coupled Device"). Actuellement, la plupart des détecteurs photoélectriques conformes au préambule, destinés à fournir des images vidéo, sont enfermés dans un boîtier en céramique permettant la fixation et les connexions, sur lequel est montée hermétiquement la vitre de fermeture de la matrice, généralement constituée d'une simple lame de verre. Ce type de vitre de fermeture présente des caractéristiques incompatibles avec la transcription photoélectrique de scènes fortement contrastées En effet, pour des rayons lumineux inclinés, ce qui est le cas dans l'espace situé entre une optique de focalisation et le plan focal de cette optique o se trouve la matrice à transfert de charges, il se produit des images secondaire, tertiaire, etc d'intensité décroissante, dues aux réflexions multiples sur les faces interne et externe de la vitre de fermeture Si l'on désigne par T et R les facteurs de transmission et de réflexion du dioptre formé par une des faces de la vitre et l'air, le rayon utile possède une intensité T 2, l'image secondaire une intensité T 2 R 2, et l'image d'ordre N une intensité T 2 R( 2 n-2) A titre d'exemple, pour un verre de fermeture d'indice 1,5, on obtient les intensités relatives suivantes 1 er rayon 0,92 2 ème rayon: 0,0014 3 ème rayon: 2,3 x 10-6 4 ème rayon: 4 x 109 La décroissance est donc assez rapide, mais on voit nettement que le rayon d'ordre 2 peut créer un halo centré autour du vrai foyer représentant un flux de l'ordre de 1,5 %O du flux utile, ce qui, compte tenu de la dynamique des détecteurs qui est de 4000 environ, peut effectivement donner lieu à un phénomène visible Le rendu des scènes à fort contraste en est donc affecté. Un autre phénomène, lié également à la vitre de fermeture, est susceptible de provoquer un inconvénient encore plus néfaste provenant du fait que la surface sensible de la matrice à éléments à transfert de charges est généralement constituée par un matériau relativement réfléchissant tel que le silicium Si on suppose que le flux réfléchi est de % par rapport au flux incident et pour les mêmes paramètres de vitre de fermeture que précédemment, le faisceau incident crée un faisceau parasite formant un halo dont le flux est de 1,2 % du flux utile. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de réaliser un détecteur photoélectrique conforme au préambule qui permettrait de réduire considérablement les intensités des halos parasites décrits ci-dessus. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que lesdites faces interne et externe de la vitre de fermeture comportent chacune un système de couches anti-reflet couvrant au moins la surface de la matrice d'éléments à transfert de charges. Selon la largeur spectrale utilisée, le traitement anti- reflet de la vitre de fermeture peut naturellement être d'une efficacité plus ou moins grande Cependant, même dans le cas d'une utilisation de tout le spectre du détecteur, le gain est considérable En effet, la réflexion de 4 % pour un dioptre air-verre, tel qu'envisagé précédemment, s'établit à 1 % maximum pour un système de couches anti-reflet large bande et à 0,2 % pour une largeur spectrale de 100 nm environ Elle peut même tomber à quelques ppm pour une lumière monochromatique Les valeurs d'intensités relatives deviennent alors les suivantes: traitement anti- reflet traitement anti-reflet large bande bande étroite 1 er rayon: 0,98 0,996 2 ème rayon: 10-4 4 xl O-6 3 ème rayon: 10-8 1,6 xl O 11 i 4 ème rayon: lo_ 12 6 x 1017 A titre d'exemple, pour le deuxième rayon donnant lieu à une image dite secondaire, le passage d'une vitre de fermeture simple à une vitre comportant des couches anti-reflet bande étroite fait diminuer dans un rapport 35 l'intensité de cette image secondaire. Quant aux valeurs de l'intensité du halo résultant de la réflexion sur la surface de la matrice elle-même, on obtient: sans traitement avec traitement anti-reflet avec traitement anti-reflet large bande bande étroite 1,2 % 0,3 % 0,06 % Le gain est ici de 20 fois. Un autre avantage du détecteur photoélectrique de l'invention concerne la transmission optique qui passe de 0,92 à 0,99 en moyenne, soit une augmentation sensible de 7 % de la sensibilité utile de celui-ci. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, il est prévu que, la matrice à éléments à transfert de charges étant divisée en une zone-image et une zone-mémoire, ladite face interne comporte également, entre la vitre de fermeture et ladite couche anti-reflet, une couche métallique couvrant au moins ladite zone-mémoire et présentant une ouverture en regard de ladite zone-image. Cette technique de masquage des zones du détecteur qui ne sont pas utiles à l'image présente plusieurs avantages Elle permet notamment d'éviter que la zone-mémoire puisse être altérée par la lumière incidente Cette zone-mémoire, connexe à la zone sensible, est également en silicium et, bien qu'elle soit protégée de la lumière directe par un dépôt métallique prévu par le constructeur, cette protection s'avère en général insuffisante dans le cas d'éclairements importants. D'autre part, le fait de délimiter par masquage la zone sensible permet de diminuer les effets de bord généralement créés par de la lumière incidente réfléchie, soit par des zones de connexion, soit par des fils de connexion, et qui peut être renvoyée sur la zone-image. Enfin, l'association d'une couche métallique appliquée directement sur le verre de la vitre de fermeture qui est ensuite complétée par une couche anti-reflet possède des caractéristiques absorbantes qui réalisent un piège à lumière dont l'intérêt est de diminuer les flux lumineux parasites dus à des rayons situés hors du champ utile et qui pourraient revenir sur les lentilles de focalisation et être alors renvoyés dans le champ utile et donc vers la zone-image du détecteur. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue partielle en coupe d'une vitre de fermeture d'un détecteur photoélectrique selon l'invention. La figure 2 est une vue de dessus de la face interne de la vitre de fermeture de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus de la face externe de la vitre de fermeture de la figure 1. La figure 4 est une vue en coupe d'un photodétecteur selon l'invention. La figure 1 montre en coupe une vue partielle d'un détecteur photoélectrique 10 comprenant une matrice 100 d'éléments à transfert de charges, par exemple une matrice du type connu sous le sigle de CCD. D'une manière générale, la face avant de la matrice comportant les éléments à transfert de charges est placée au plan focal d'un instrument optique, non représenté, de façon à y former l'image d'une scène à observer La figure 1 montre un faisceau lumineux 300, fourni par ledit instrument d'optique, qui converge au point F à la surface de la matrice 10 après traversée d'une vitre 200 de fermeture dont est munie la matrice 100. Cette vitre de fermeture est destinée à protéger mécaniquement la surface sensible de la matrice. Comme on peut le voir sur la figure 1, la vitre 200 de fermeture présente deux faces, une face interne 210, tournée vers la matrice 100 et une face externe 220 opposée à la face interne, chacune de ces faces comportant un système de couches anti-reflet, respectivement 211 et 221, couvrant au moins la surface de la matrice 100 d'éléments à transfert de charges. Les couches anti-reflet 211 et 221 sont réalisées de façon classique par dépôt sous vide de couches diélectriques ou métalliques minces dont le nombre, l'épaisseur et la composition dépendent des facteurs de réflexion et de transmission désirés ainsi que de la bande spectrale considérée. L'effet des couches anti-reflet 211 et 221 est, d'une part, d'augmenter la transmission optique globale de la vitre 200 de fermeture en limitant les réflexions sur les dioptres constitués par les faces interne 210 et externe 220 de la vitre, et, d'autre part, de réduire sensiblement les halos parasites provenant de ces réflexions. Un premier type de halo parasite est représenté par le segment AB de la coupe de la figure 1 Ce halo provient des rayons lumineux, montrés en traits pointillés sur la figure 1, résultant de la double réflexion sur les faces interne 210 et externe 220 de la vitre 200 de fermeture des rayons périphériques du faisceau lumineux 300 Le halo AB, centré autour du foyer F, affecte la résolution de l'image formée sur la matrice 100 d'éléments à transfert de charges Ce halo AB ne constitue d'ailleurs que la première d'une série d'images parasites d'intensité décroissante et de dimension croissante provenant des réflexions multiples à l'intérieur de la vitre 200 de fermeture. Un deuxième type de halo parasite encore plus gênant car plus lumineux et plus large que le halo AB, est le halo noté CD sur la figure 1. Ce deuxième halo parasite est dû à la double réflexion du faisceau lumineux incident sur la surface réfléchissante de la matrice 100, puis sur la face 210 de la vitre 200 de fermeture Les rayons extrêmes formant le halo CD sont représentés par un double trait sur la figure 1. Comme cela a été discuté plus haut, ces halos parasites, qui peuvent être très néfastes pour la qualité de l'image formée dans le cas de fort contraste, sont considérablement atténués du fait de la présence des couches anti-reflet 211 et 221. La figure 1 montre, par ailleurs, une matrice 100 à éléments à transfert de charges divisée en une zone-image 110 proprement dite et une zonemémoire 120 qui ne doit pas recevoir de flux lumineux Comme il apparaît sur la figure 1, ladite face interne 210 comporte également, entre la vitre 200 de fermeture et ledit système de couches anti-reflet 211, une couche métallique 212, obtenue par exemple par dépôt sous vide de chrome, couvrant au moins ladite zone-mémoire 120 et présentant une ouverture 213 en regard de ladite zone-image 110. La figure 2 montre en vue de dessus un mode de réalisation de la face interne 210 de la vitre 200 d'ouverture de la figure 1 On peut voir la couche métallique 212 et l'ouverture 213 permettant au flux lumineux incident de traverser ladite vitre et d'atteindre la zone-image La figure 2 montre également la couche anti-reflet 211 couvrant l'ouverture 213 et partiellement la couche métallique 212 de façon à constituer une couche absorbante équivalente. La figure 3 représente la face externe 220 de la vitre 200 de fermeture comportant une couche anti-reflet 221 sur toute sa surface. La figure 4 montre un détecteur photoélectrique 10 complet dont la vitre 200 de fermeture est conforme à celle représentée par l'ensemble des figures 2 et 3 On notera que les bords de la face interne 210 ne portant aucune couche sont directement collés sur le boîtier 400 du détecteur photoélectrique 10 D'autre part, le fait que, à l'exception de l'ouverture 213, la couche métallique occupe une surface équivalente à celle du logement 410 dans lequel est placée la matrice 100 permet non seulement d'éviter d'éclairer la zone-mémoire 120 mais également de réaliser en dehors de l'ouverture 213 en regard de la zone-image 110, une couche absorbante résultant de la combinaison de la couche métallique 212 et de la couche anti-reflet 211. REVENDICATIONS 1 Détecteur photoélectrique comprenant une matrice ( 100) d'éléments à transfert de charges munie d'une vitre ( 200) de fermeture présentant une face interne ( 210), tournée vers ladite matrice, et une face externe ( 220), opposée à ladite face interne, caractérisé en ce que lesdites faces interne ( 210) et externe ( 220) de la vitre ( 200) de fermeture comportent chacune un système de couches anti-reflet ( 211, 212) couvrant au moins la surface de la matrice ( 100) d'éléments à transfert de charges. 2 Détecteur photoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la matrice ( 100) à éléments à transfert de charges étant divisée en une zone-image ( 110) et une zone-mémoire ( 120), ladite face interne ( 210) comporte également, entre la vitre ( 200) de fermeture et ledit système de couches anti-reflet ( 211), une couche métallique ( 212) couvrant au moins ladite zone-mémoire ( 120) et présentant une ouverture ( 213) en regard de ladite zone-image ( 110). 3 Détecteur photoélectrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la matrice ( 100) à éléments à transfert de charges étant placée à l'intérieur d'un logement ( 410) d'un boîtier ( 400), ladite couche métallique ( 212) occupe une surface équivalente à celle dudit logement.