Brevet FR2956205A1 — publié le 20110812

INTERFEROMETRE IMAGEUR MICRO-USINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine des dispositifs de mesure optique micro-usinés et en particulier celui des dispositifs spectromètres, dotés d'une fonction d'interféromètre et d'imageur cointégrées. Elle prévoit un spectromètre micro-usiné amélioré. ART ANTÉRIEUR Il est connu de réaliser des dispositifs spectromètres micro-usinés. Le document US 7 330 266 B2 divulgue par exemple un spectromètre statique par transformée de Fourier doté d'une fonction d'interféromètre réalisée à l'aide d'une lame ayant une première face plane située sur la zone de détection d'un imageur, et une deuxième face plane, qui est inclinée par rapport à la première face plane, et réalise une fonction de dioptre semiréfléchissant. La lame est formée à partir du substrat sur lequel l'imageur a été réalisé. Un interférogramme, cartographie des interférences qui se produisent est obtenu en une seule acquisition par l'imageur, sans qu'une optique de reprise entre le bloc interférométrique et l'imageur soit nécessaire. Ce spectromètre est pré-réglé. Cependant, la réalisation d'un tel dispositif pose problème. Elle nécessite, en effet, une étape de polissage du substrat sur lequel l'imageur a été formé, afin de réaliser la face inclinée réalisant le dioptre semi-réfléchissant. Cette étape de polissage est délicate, dans la mesure, où il s'agit de réaliser une surface plane à la fin du processus de fabrication, sans abimer la zone de détection de l'imageur. Or, si cette étape de polissage n'est pas réalisée correctement tout le processus de fabrication doit être ré-itéré, y compris la réalisation de l'imageur. Il se pose le problème de trouver une nouvelle manière de réaliser un dispositif de mesure optique micro-usiné co-intégrant une fonction d'interféromètre et d'imageur, et qui ne nécessite pas d'optique de reprise entre l'élément réalisant la fonction d'interféromètre et l'imageur. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne tout d'abord un dispositif de mesure optique comprenant : - un ensemble d'éléments détecteurs photosensibles situés sur une face donnée d'un premier support, - un deuxième support, assemblé au premier support, le deuxième support étant doté d'une première face par laquelle un rayonnement lumineux est destiné à pénétrer et une deuxième face, réalisant un angle 0 non-nul avec ladite première face et un angle a non-nul avec ladite face donnée dudit premier support, la deuxième face formant une lame semi- réfléchissante, le premier support et le deuxième support étant disposés de sorte qu'une cavité est réalisée entre la deuxième face et ladite face donnée, la distance entre ladite face donnée et ladite deuxième face variant régulièrement. Ainsi, le dispositif suivant l'invention est doté d'une part d'une fonction d'imageur ou de moyens formant un imageur, et d'autre part, d'une fonction d'interféromètre ou de moyens formant un interféromètre. Le dispositif suivant l'invention peut être micro-usiné. Le dispositif suivant l'invention peut être un micro-spectromètre ou un micro interféromètre imageur. La première face du premier support forme un premier dioptre tandis que la deuxième face du 15 deuxième support forme un deuxième dioptre. Les éléments détecteurs photosensibles appartiennent à un imageur. Selon un avantage du dispositif suivant l'invention, ces éléments peuvent avoir été formés indépendamment du deuxième support 20 formant le premier et le deuxième dioptre, puis assemblés avec ce deuxième support. Les éléments détecteurs photosensibles peuvent être situés dans le plan image du deuxième dioptre. 25 Selon un autre avantage du dispositif suivant l'invention, et contrairement à certains interféromètres suivant l'art antérieur, il n'est pas nécessaire de prévoir une optique de reprise entre l'imageur et la lame semi-réfléchissante. 30 La cavité peut être avantageusement une cavité d'air. Le deuxième support peut être doté d'une troisième face, parallèle et en contact avec ladite face donnée du premier support. Cette troisième face sert notamment à faciliter le positionnement et l'assemblage du premier support et du deuxième support. Selon une possibilité d'agencement, une arête séparant ladite troisième face et ladite deuxième face du deuxième support peut être disposée de manière à longer une bordure de l'ensemble des éléments détecteurs photosensibles. Ainsi, certains éléments détecteurs photosensibles peuvent être disposés précisément de manière à détecter des franges d'ordre O. Selon une autre possibilité d'agencement, ladite arête peut réaliser un angle y non-nul avec une bordure de l'ensemble des éléments détecteurs photosensibles. Cela permet d'incliner les franges d'interférences par rapport aux axes de l'imageur et d'augmenter l'intervalle spectral libre de cet imageur. La deuxième face du deuxième support peut avoir été polie par exemple par un procédé de rodage ou de microfraisage. Ladite première face peut avoir subi un traitement anti-reflet. Un tel traitement est prévu de manière à augmenter le coefficient de transmission d'une part, et d'autre part, éviter des réflexions multiples de la lumière dans le deuxième support. Un tel traitement peut être réalisé par un dépôt d'une couche anti-reflet, par exemple à base de ZnS dans le cas d'applications infrarouges. Les éléments détecteurs photosensibles peuvent appartenir à un circuit de détection connecté à un circuit de lecture. Le circuit de lecture peut être intégré à un troisième support, le premier support et le troisième support étant assemblés par l'intermédiaire d'éléments conducteurs telles que des billes conductrices permettant en outre d'assurer une connexion électrique entre le circuit de lecture et le circuit de détection. Le deuxième support peut être maintenu en contact avec le premier support, par l'intermédiaire de moyens de fixation entre le premier support et le troisième support. Ces moyens de fixation peuvent être des billes ou des plots ou des cales. Les moyens de fixation peuvent être une colle, le deuxième support étant maintenu en contact avec le premier support par l'intermédiaire de bourrelets de cette colle. De tels moyens de fixation peuvent permettre un agencement précis du deuxième support par rapport au premier support. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un premier exemple 30 dispositif de détection optique micro-usiné suivant l'invention doté d'une fonction de détection de rayonnement électromagnétique et de moyens formant un interféromètre sous forme d'un support biseauté, - la figure 2 illustre un deuxième exemple de dispositif de détection optique micro-usiné suivant l'invention doté d'une fonction de détection de rayonnement électromagnétique et de moyens formant un interféromètre sous forme d'un support biseauté, - les figures 3A, 3B, 3C illustrent, deux variantes d'agencement d'une lame semi-réfléchissante par rapport à un imageur au sein d'un dispositif de détection de rayonnement électromagnétique suivant l'invention, Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un exemple de dispositif de mesure optique micro-usiné suivant l'invention, va à présent être 25 donné, en liaison avec la figure 1. Ce dispositif comprend un imageur détecteur de rayonnement électromagnétique, formé sur un premier support 100, qui peut être un substrat semi-conducteur, par exemple à base de CdHgTe dans le cas d'un détecteur 30 infrarouge. L'imageur est doté d'une pluralité d'éléments détecteurs photosensibles 110 formés sur le substrat et disposés sur une face donnée 112 de ce dernier. L'imageur peut être, par exemple, un imageur destiné à détecter un rayonnement infrarouge. Les éléments détecteurs photosensibles peuvent être agencés selon une matrice. Les éléments détecteurs photosensibles font partie d'un circuit de détection imageur intégré au premier support 100. Le circuit de détection est prévu pour effectuer une détection et une analyse quantitative du contenu spectral d'ondes lumineuses, chaque point d'une scène observée par l'imageur et la signature spectrale de celui-ci pouvant être associés pour faire de la spectro-imagerie. Ainsi, le dispositif de mesure optique suivant l'invention, est doté d'une fonction de spectromètre. Les détecteurs photosensibles peuvent être agencés sous forme d'une matrice, par exemple de forme rectangulaire, avec une longueur L, par exemple de l'ordre de 9.6 mm, (mesurée dans une direction parallèle à la direction du vecteur i d'un repère orthogonal [0; I ; j ; k ] indiqué sur la figure 3) et une largeur par exemple de l'ordre de 7.7 mm, valeurs qui 25 correspondent dans cet exemple, à une matrice de 320 x 256 pixels au pas de 30 }gym. Le dispositif de mesure optique comprend des moyens réalisant une fonction d'interféromètre, à l'aide d'un deuxième support 200. 30 Le deuxième support 200 comporte une première face 212 formant un premier dioptre plan. 8 La première face 212 peut avoir subi un traitement anti-reflet, par exemple par du ZnS pour les applications infrarouges afin de limiter les phénomènes de réflexion du rayonnement incident R. Le deuxième support 200 comporte une deuxième face 214 dite « face inclinée » formant un deuxième dioptre plan et réalisant un angle e non-nul avec la première face 212 du deuxième support 200. Les éléments détecteurs photosensibles sont situés dans le plan image d'une deuxième dioptre. La deuxième face 214 réalise également un angle a non-nul, avec ladite face donnée 112 du premier support 100 (ladite face donnée 112 étant située dans un plan parallèle au plan [0; i ; k ]) . L'angle a est non nul et peut être égal à e. L'angle a peut être inférieur à 45°. Le deuxième support 200 peut être un substrat en un matériau qui peut être sensiblement transparent ou transparent au rayonnement incident R, par exemple un matériau cristallin à base de matériau semi-conducteur tel que par exemple du Si ou du Ge ou du CdTe/CdZnTe. Selon d'autres possibilités, le matériau du deuxième support 200 peut être par exemple du ZnSe, du ZnS, ou du CaF2 en particulier dans le cas où la détection est réalisée dans le domaine de l'infrarouge. Le premier support 100 et le deuxième support 200 sont agencés de sorte qu'une cavité C est formée entre la face inclinée 214 du deuxième support 200 et ladite face donnée 112 du premier support 100. La distance Dy entre ladite face donnée 112 et ladite face inclinée 214, mesurée dans une direction parallèle à la direction du vecteur j d'un repère orthogonal [O;I;j;k] indiqué sur la figure 3, varie de manière régulière dans une direction parallèle au vecteur 1. Ainsi, la distance Dy séparant chaque détecteur sensible à la face inclinée 214, varie d'un détecteur à l'autre. L'agencement de la face inclinée 214 du deuxième support 200 par rapport à la matrice de détecteurs peut être prévu de sorte que la distance Dy varie de 0 à une valeur H non nulle. H peut être inférieur à 1 mm, par exemple de l'ordre 384 pm. La cavité C, séparant la face 214 inclinée du deuxième support de la face de détection 112 du premier support 100, peut être avantageusement une cavité d'air. La face inclinée 214 du deuxième support peut avoir été réalisée par usinage du substrat, par exemple par polissage. La face inclinée 214 a été polie par polissage d'aspect miroir, par exemple par rodage, ou micro-fraisage, de sorte à limiter la diffusion de rayonnement de la cavité C vers le deuxième support. La face inclinée 214 joue ainsi le rôle de face semiréfléchissante. Le deuxième support 200 et l'imageur ont été réalisés chacun indépendamment puis assemblés. L'imageur peut avoir été fabriqué par exemple de manière collective, c'est-à-dire en même temps que d'autres imageurs. Le deuxième support 200 peut être assemblé au premier support 100, de sorte qu'il repose sur ce dernier, une autre face 216 du deuxième support 200, étant en contact et parallèle avec la face 112 du premier support 100 sur laquelle sont disposés les éléments détecteurs photosensibles. Une arête 213 sépare la face inclinée 212 de ladite face 216 du deuxième support 200 contre laquelle le premier support 100 est placé. Cette arête 213 peut avoir été positionnée et être située selon une première possibilité, le long d'une bordure 111 de l'ensemble des éléments détecteurs photosensibles. La figure 3A illustre un tel positionnement de l'arête 213 dans le cas d'un ensemble de détecteurs photosensibles ayant une frontière rectangulaire. On peut ainsi, obtenir des franges d'ordre zéro à la frontière, ou en bordure 111, de l'ensemble des éléments détecteurs photosensibles. La cavité C a ainsi une forme de prisme à base triangulaire. Selon une autre possibilité d'agencement, la face inclinée 214 semi-réfléchissante, peut être désorientée, de sorte que l'arête 213 séparant cette face inclinée 214 de l'autre face 216 du deuxième support 200, réalise un angle y par rapport à une bordure 111 du détecteur. Une telle réalisation est facilitée par le fait que, avant d'être assemblés, le premier support 100 et le deuxième support 200 sont indépendants. Les figures 3B et 3C illustrent un tel positionnement de l'arête 213 dans le cas d'un ensemble de détecteurs photosensibles ayant une frontière F rectangulaire. Le fonctionnement de l'interféromètre peut être le suivant : Lorsqu'une onde incidente EO a traversé le premier dioptre et tombe à incidence normale sur le deuxième dioptre, une grande partie El de l'onde EO traverse la face semi-réfléchissante 214. L'onde El est séparée en une partie majoritaire absorbée par un élément photo-sensible 110 et une partie minoritaire E12 réfléchie vers la face semi-réfléchissante 214. La partie d'onde E12 est à son tour partiellement réfléchie par la face semi-réfléchissante 214 en une onde réfléchie. Les ondes El et E2 constituent deux ondes susceptibles d'interférer dans le plan d'image situé au niveau des la face supérieure des éléments détecteurs photosensibles, et permettent de produire un interférogramme qui sera transmis par le circuit de lecture à des moyens électriques d'analyse spectrale qui peuvent être également intégrés au troisième support 300. Une variante de l'exemple de dispositif qui vient d'être décrit est donnée sur la figure 2. Pour cette variante, le deuxième support 200 est maintenu en contact avec le premier support 100 par l'intermédiaire d'une colle 260 enrobant le premier 12 support et qui est disposée entre le premier support 100 et le troisième support 300, ainsi que de part et d'autre du premier support 100. Des bourrelets 261 de colle 260 permettent de fixer le deuxième support 200 au premier support 100. L'assemblage entre les trois supports 100, 200, 300 peut être réalisé comme suit : On fixe, tout d'abord le premier support 100, sur le troisième support 300 doté d'un circuit de lecture, par exemple à l'aide de billes conductrices 151, 152. Un matériau polymérisable 260, est ensuite déposé entre les billes conductrices 151, 152 servant à la connexion et à l'hybridation des supports 100 et 300. Ce matériau 260 remonte par capillarité sur les bords du premier support 100 et forme des bourrelets 261. On effectue ensuite une polymérisation du matériau 260 qui joue alors le rôle d'une colle. Un amincissement mécanique du premier support 100, par polissage peut être réalisé. Les bourrelets 261 de colle sont utilisés pour positionner et fixer le deuxième support 200 sur le premier support 100. Le positionnement peut être réalisé à l'aide d'une machine d'hybridation par exemple telle qu'utilisée dans le report de composant dans les procédés communément appelés de « flip chip ». Ensuite, un cycle de thermo-compression peut permettre de finaliser le collage par polymérisation d'une colle thixotropique que l'on vient ajouter en périphérie du support 200, au contact de la colle 261. Des tableaux comparatifs, correspondant à différents exemples de réalisation d'un dispositif suivant l'invention, et en particulier différents exemples de cavité C et différents exemples de matériau du deuxième support 200 sont donnés. Dans ces tableaux, l'expression « architecture 1 » désigne le mode de réalisation de la figure 1, tandis que l'expression « architecture 2 » désigne le mode de réalisation de la figure 2. Cavité C d'air N1 = 1 Angle a de la cavité 40 mrad ± 2 mrad prismatique 2,3° ± 0,1° Résolution spectrale 8,1 cm-1 Diamètre angulaire maximal 8,9° de la source Angle de correction pour 2,3° l'architecture 2 Matériau du Ge Si CdTe/ ZnSe ZNS CaF2 support 200 CDznTE Contraste des 0,6 0,56 0,49 0,44 0,41 0,19 franges Coefficient de 0,32 0,37 0,45 0,49 0,52 0,65 transmission moyen de la lame supérieure Coefficient de 0,49 0,52 0,57 0,6 0,61 0,67 transmission avec traitement anti-reflet Angle de -4,4° -3,2° -1,6° -0,92° -0,46° -1,4° correction architecture 1 Couleur de la Blanche Blanche Blanche Blanche Blanche Blanche frange centrale Cavité C en CaF2 N1 = 1,4 Angle a de la cavité 28 mrad ± 2 mrad prismatique 0,85° ± 0,1° Résolution spectrale 8,1 cm-1 Diamètre angulaire maximal 12° de la source Angle de correction pour 2,9° l'architecture 2 Matériau du Ge Si CdTe/CDznTE ZnSe ZNS support 200 Contraste des 0,4 0,35 0,27 0,23 0,19 franges Coefficient de 0,42 0,48 0,58 0,63 0,66 transmission moyen de la lame supérieure Coefficient de 0,65 0,69 0,74 0,76 0,77 transmission avec traitement anti-reflet Angle de -1,8° -0,98° -0,16° -0,6° -0,98° correction architecture 1 Couleur de la Blanche Blanche Blanche Blanche Blanche frange centrale Cavité C en ZnS N1 = 2,2 Angle a de la cavité 18 mrad ± 2 mrad prismatique 0,85° + 0,1° Résolution spectrale 8,1 cm-1 Diamètre angulaire maximal 19,5° de la source Angle de correction pour 3,5° l'architecture 2 Matériau du Ge Si CdTe/CDz ZnSe CaF2 support 200 nTe Contraste des 0,13 0,1 0,05 0,02 0,11 franges Coefficient de 0,57 0,63 0,74 0,78 0,87 transmission moyen de la lame supérieure Coefficient de 0,87 0,9 0,93 0,94 0,9 transmission avec traitement anti-reflet Angle de -0,52° 1° 1,8° 2,1° 3,1° correction architecture 1 Couleur de la Blanche Blanche Blanche Blanche Noire frange centrale Cavité C en ZnSe N1 = 2,4 Angle a de la cavité prismatique 17 mrad ± 2 mrad 0,85° + 0,1° Résolution spectrale 8,1 cm-1 Diamètre angulaire maximal de la 21° source Angle de correction pour 3,6° l'architecture 2 Matériau du support 200 Ge Si CdTe/CDznTe ZnSe CaF2 Contraste des franges 0,1 0,07 0,02 0,02 0,1 Coefficient de 0,59 0,65 0,75 0,82 0,87 transmission moyen de la lame supérieure Coefficient de 0,91 0,93 0,96 0,96 0,9 transmission avec traitement anti-reflet Angle de correction 0,9° 1,3° 2° 2,5° 3,2° architecture 1 Couleur de la frange Blanche Blanche Blanche Noire Noire centrale Ces tableaux montrent que l'on obtient de meilleurs résultats lorsque la cavité C est une cavité d'air. Avec l'un ou l'autre des exemples de dispositifs suivant l'invention qui ont été décrits précédemment, on peut obtenir un produit coefficient de transmission multiplié par le contraste des franges amélioré qui peut être de l'ordre de 30%. D'autres caractéristiques d'exemples de 10 dispositif mis en oeuvre suivant l'invention, sont données dans le tableau ci-dessous. Deuxième support Deuxième support 200 200 en Germanium Silicium Angle a de la cavité 40 mrad ± 2 mrad 40 mrad ± 2 mrad prismatique Contraste des franges 0,6 0,56 Coefficient de 0,49 0,52 transmission Diamètre angulaire 8,9° 8,9° maximal de la source Angle de correction 4,4° 3,2° Résolution spectrale 8,1 cm-1 8,1 cm-1 Couleur de la frange Blanche Blanche centrale Un dispositif suivant l'invention peut 15 permettre d'obtenir un contraste des franges amélioré d'au moins un facteur par rapport à un dispositif suivant l'art antérieur et tel que décrit dans le document 7 330 266 B2. 20 REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure optique micro-usiné comprenant : - un ensemble d'éléments détecteurs photosensibles (110) situés sur une face donnée (112) d'un premier support (100), - un deuxième support (200), assemblé au premier support (100), le deuxième support formant un prisme et étant doté d'une première face (212) par laquelle un rayonnement lumineux est destiné à pénétrer et une deuxième face (214), réalisant un angle 0 non-nul avec ladite première face et un angle a non-nul avec ladite face donnée dudit premier support (100), la deuxième face (214) étant semiréfléchissante, le premier support (100) et le deuxième support (200) étant disposés de sorte qu'une cavité (C) est réalisée entre la deuxième face (214) et ladite face donnée (112), la distance (Dy) entre ladite face donnée et ladite deuxième face variant régulièrement. 2. Dispositif de mesure optique selon la revendication 1, la cavité étant une cavité d'air. 3. Dispositif de mesure optique selon la revendication 1 ou 2, le deuxième support (200) comportant une troisième face (216) parallèle et en contact avec ladite face donnée (112) du premier support (100).30 4. Dispositif de mesure optique selon l'une des revendications 1 à 3, une arête (213) séparant ladite troisième face (216) et ladite deuxième face (214) du deuxième support (200), ladite arête longeant la frontière de l'ensemble des éléments détecteurs photosensibles. 5. Dispositif de mesure optique selon l'une des revendications 1 à 3, une arête (213) séparant ladite troisième face (216) et ladite deuxième face (214) du deuxième support (200), ladite arête réalisant un angle y non-nul avec la frontière de l'ensemble des éléments détecteurs photosensibles. 6. Dispositif de mesure optique selon l'une des revendications 1 à 5, ladite première face (212) ayant subi un traitement anti-reflet. 7. Dispositif de mesure optique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les éléments détecteurs photosensibles (110) appartiennent à un circuit de détection connecté à un circuit de lecture. 8. Dispositif de mesure optique selon la revendication 7, le circuit de lecture est intégré à un troisième support (300), le premier support (100) et le troisième support (300) étant assemblés par l'intermédiaire de billes conductrices (151, 152) permettant en outre d'assurer une connexion électrique entre le circuit de lecture et le circuit de détection. 9. Dispositif de mesure optique selon la revendication 8, le deuxième support (200) étant maintenu en contact avec le premier support (100), par l'intermédiaire de moyens de fixation entre le premier support (100) et le troisième support (300). 10. Dispositif de mesure optique selon la revendication 9, les moyens de fixation étant des plots, des cales ou des billes (251, 252). 11. Dispositif de mesure optique selon la revendication 9, les moyens de fixation étant une colle le deuxième support (200) étant maintenu en contact avec le premier support (100) par l'intermédiaire de bourrelets de colle.