INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
la est une vue en coupe, schématique et partielle, d'un exemple d'un capteur optique selon un quatrième mode de réalisation ; et
la est une vue en perspective illustrant schématiquement des microlentilles du capteur optique illustré en .
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, la réalisation des capteurs décrits n'a pas été détaillée, la réalisation de tels capteurs étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description. En outre, les applications susceptibles de tirer profit des capteurs décrits n'ont pas été détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec toutes ou la plupart des applications usuelles des capteurs optiques.
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 %.
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. Dans cette plage, on appelle 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 400 nm et 500 nm et lumière verte un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 500 nm et 600 nm. On appelle, en outre, lumière infrarouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1 mm.
La illustre, par deux vues (A) et (B), un exemple de réalisation d'un capteur optique 11, la vue (B) correspond à une vue de dessus du capteur et la vue (A) correspond à une vue en coupe selon le plan de coupe AA de la vue (B).
Le capteur 11 comprend une pluralité de pixels 13, par exemple organisés sous forme matricielle en lignes et en colonnes. Dans l'exemple de la , le capteur 11 comprend neuf pixels agencés en matrice selon trois lignes et trois colonnes. Les modes de réalisation décrits ne se limitent bien entendu pas à ce cas particulier.
Les pixels 13 ont par exemple, en vue de dessus, tous la même forme et les mêmes dimensions, aux dispersions de fabrication près. Dans l'exemple représenté en , les pixels 13 ont, en vue de dessus, une forme sensiblement carrée. En vue de dessus, la dimension maximale d'un pixel 13 est par exemple comprise entre 10 µm et 500 µm. Les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à ces exemples particuliers de forme et de dimensions.
Le capteur 11 est par exemple un capteur de luminosité ambiante, comprenant plusieurs pixels 13 adaptés à mesurer respectivement l'intensité de la lumière ambiante dans des gammes de longueurs d'ondes différentes.
Chaque pixel 13 comprend un photodétecteur 15 et un filtre optique 17 revêtant une face d'exposition à la lumière du photodétecteur 15 (face supérieure dans l'orientation de la vue (A) de la ).
L’afficheur de la est adapté à créer deux images virtuelles 2 et 3 dans le champ de vision d’un conducteur du véhicule, de sorte que le conducteur puisse voir ces images virtuelles 2, 3 et les informations éventuelles qu’elle contiennent sans avoir à détourner le regard.
A cet effet, l’afficheur 1 comprend une lame partiellement transparente 4 placée dans le champ de vision du conducteur, un dispositif de génération d’images 5 adapté à générer deux faisceaux lumineux avals 6 et 7 et un dispositif de projection 8, 9, 10 adapté à renvoyer, en direction de ladite lame partiellement transparente 4, les faisceaux lumineux avals 6, 7 générés par le dispositif de génération d’images 5. Ici, l’afficheur 1 est configuré pour que les deux images virtuelles 2, 3 apparaissent à des distances respectives distinctes. Par exemple, la première image virtuelle 2 est ici une image classique et apparaît à une première distance du conducteur, et la deuxième image virtuelle est une image en réalité augmentée qui s’intègre dans l’environnement faisant face au véhicule et qui apparaît donc à une deuxième distance du conducteur supérieur à la première distance.
La lame partiellement transparente 4 est ici confondue avec le pare-brise du véhicule. Autrement dit, c’est le pare-brise du véhicule qui a la fonction de lame partiellement transparente pour l’afficheur tête haute 1. Cette configuration est particulièrement adaptée à la projection d’image en réalité augmentée.
En variante, la lame partiellement transparente pourrait être un combineur, c’est-à-dire une lame partiellement transparente distincte du pare-brise et dédiée à l’afficheur tête haute. Un tel combineur serait placé entre le pare-brise du véhicule et les yeux 11 du conducteur, sur le trajet des faisceaux lumineux avals 6, 7.
Le dispositif de projection d’images 5 comprend ici trois miroirs de repliement 8, 9, 10. Un premier miroir de repliement 8 et un deuxième miroir de repliement 9 sont agencés de manière à réfléchir un premier faisceau lumineux aval 5 généré par le dispositif de génération d’images 5 en direction de la lame partiellement transparente 3. Le premier miroir de repliement 8 et un troisième miroir de repliement 10 sont agencés de manière à réfléchir un deuxième faisceau lumineux aval 7 généré par le dispositif de génération d’images 5 en direction de la lame partiellement transparente 3. Les miroirs de repliement 8, 9 et 10 permettent avantageusement de placer le dispositif de génération d’images 5 dans une configuration dans laquelle il ne fait pas face à la lame partiellement transparente 4 et donc de le placer dans tout endroit adapté, typiquement sous le tableau de bord du véhicule.
Par exemple ici, le premier miroir de repliement 8 est un miroir plan et le deuxième miroir de repliement 9 et le troisième miroir de repliement 10 sont des miroirs incurvés, ici concaves, qui possèdent chacun une forme optimisée pour produire une image virtuelle de forme adaptée à la lame partiellement transparente 4, ici une forme incurvée, de façon à afficher l’image de manière non déformée. En outre, le deuxième miroir de repliement 9 et le troisième miroir de repliement 10 ont des fonctions d’agrandissement de l’image générée par la matrice d’éléments à transmittance variable.
Selon d’autres modes de réalisation, le dispositif de génération d’images 5 pourrait comprendre un nombre différent de miroirs et/ou des miroirs ayant des formes différentes, ainsi que d’autres éléments optiques, par exemple une lentille.
Le dispositif de génération d’images 5 comporte une première source de lumière 12 et une deuxième source de lumière 13, ici des matrices de diodes électroluminescentes (LED, pour « Light Emitting Diode » selon l’acronyme anglo-saxon classiquement employé par l’homme du métier), configurée pour produire respectivement un premier faisceau lumineux amont 14 et un deuxième faisceau lumineux amont 15. Le dispositif de génération d’images 5 comporte en outre une matrice d’éléments à transmittance variable 16 configurée pour être éclairée par les faisceaux lumineux amont 14, 15.
La matrice d’éléments à transmittance variable 16 est configurée pour transmettre sélectivement le premier faisceau lumineux amont 14 de façon à former le premier faisceau lumineux aval 6 représentant une première image 2 à projeter dans le champ de vision du conducteur au moyen de la lame partiellement transparente 4, et pour transmettre sélectivement le deuxième faisceau lumineux amont 15 de façon à former le deuxième faisceau lumineux aval 7 représentant une deuxième image 3 à projeter dans le champ de vision du conducteur au moyen de la lame partiellement transparente 4.
L’afficheur tête haute 1 comprend également un boîtier 17 (généralement opaque) qui renferme le dispositif de génération d’images 5 et le système de projection 8, 9, 10 afin notamment de protéger ces éléments contre d’éventuelles agressions extérieures (poussière, liquides, etc.).
Le boîtier 17 comporte une ouverture 18 à travers laquelle passe les faisceaux lumineux aval 6, 7, ici après réflexion sur les miroirs de repliement 9 et 10.
L’ouverture 18 du boîtier 17 est fermée par une fenêtre 19 (parfois désignée sous le terme anglo-saxon « cover window ») formée par exemple d’une feuille de matière plastique de type polycarbonate d’épaisseur comprise entre 0,25 mm et 0,75mm.
La est une vue schématique dans laquelle le dispositif de génération d’images 5 apparaît de façon plus détaillée que sur la . En particulier, la représente schématiquement une coupe d’un système de dissipation thermique du dispositif de génération d’image 5.
Dans ce mode de réalisation, la première source lumineuse 12 est optiquement couplée à un premier diffuseur optique 20, et est fixée au diffuseur optique 20 par l’intermédiaire d’un premier réflecteur optique 21. De façon analogue, la deuxième source lumineuse 13 est optiquement couplée à un deuxième diffuseur optique 22 et fixée au deuxième diffuseur optique 22 par l’intermédiaire d’une deuxième réflecteur optique 23.
La première source lumineuse 12 et la deuxième source lumineuse 13 sont orientées de façon que la direction de propagation du premier faisceau lumineux amont 14 et la direction de propagation du deuxième faisceau lumineux aval 15 forment un angle compris entre 0° et 45°, par exemple un angle supérieur à 0°, ici un angle de 30°. En particulier ici, la direction de propagation du deuxième faisceau lumineux amont 15 est orthogonale à la matrice d’éléments à transmittance variable 16.
La matrice d’éléments à transmittance variable 16 est ici un écran à cristaux liquide à transistors en couche mince (TFT-LCD, pour « Thin Film Transistor Liquid Cristal Display », selon l’acronyme anglo-saxon utilisé par l’homme du métier), comportant une matrice d’éléments à cristaux liquides placée entre deux polariseurs (un polariseur amont, ou polariseur d’entrée, et un polariseur aval, ou polariseur de sortie, non représentés) formant les faces amont et aval de la matrice d’éléments à transmittance variable 16. La matrice d’éléments à transmittance variable est ici commandée par des moyens de commande 44.
Un procédé de réalisation d’au moins une portion diélectrique contre au moins un flanc d’une structure reposant sur un substrat, selon un premier mode de réalisation, est décrit ci-dessous en lien avec les figures 1 à 4.
Dans l’exemple de réalisation décrit ci-dessous, la structure contre laquelle des portions diélectriques sont réalisées comporte une grille d’un transistor à effet de champ, ici de type MOSFET, et les portions diélectriques réalisées forment des espaceurs disposés contre plusieurs flancs de cette grille.
Le substrat sur lequel repose la structure correspond ici à un substrat de type semi-conducteur sur isolant. Ce substrat comporte une couche support 102 correspondant par exemple à une couche épaisse (par exemple de plusieurs centaines de microns) de semi-conducteur, ici de silicium. Le substrat comporte également une couche diélectrique enterrée 104, ou BOX (« Buried Oxide » en anglais) correspondant ici à une couche de SiO 2 . Le substrat comporte également une couche superficielle 106 (épaisseur par exemple inférieure ou égale à 10 nm) de semi-conducteur, par exemple de SiGe ou de silicium ou de germanium. La couche diélectrique enterrée 104 est disposée entre la couche support 102 et la couche superficielle 106.
Bien que cela ne soit pas visible sur la , des régions différemment dopées les unes par rapport aux autres sont formées dans la couche superficielle 106. Dans l’exemple de réalisation décrit ici où la structure comporte la grille d’un transistor à effet de champ, des régions de canal, de source et de drain sont formées au sein de la couche superficielle 106, la grille recouvrant la région de canal qui est disposée entre les régions de source et de drain.
La grille, qui repose sur une face supérieure 107 de la couche superficielle 106, comporte un diélectrique de grille 108 comprenant avantageusement un matériau diélectrique dit « high-k », c’est-à-dire dont la constante diélectrique est supérieure à celle du SiO 2 , comme par exemple du HfO 2 , du ZrO 2 , du TiO 2 ou de l’Al 2 O 3 . La grille comporte également une portion 110 de matériau électriquement conducteur, par exemple du silicium polycristallin dopé.
Outre cette grille, la structure contre laquelle des portions diélectriques sont destinées à être réalisées comporte également, à son sommet, un masque dur 112 comprenant par exemple du TiN.
La structure comporte des flancs 114, ou parois latérales, contre lesquels des portions diélectriques destinées à former des espaceurs vont être réalisées. Sur les figures 1 à 4, deux des flancs 114 de la structure sont visibles.
Dans l’exemple décrit ici, toutes les étapes servant à la réalisation des portions diélectriques contre les flancs 114 sont mises en œuvre au sein d’un même équipement de dépôt et de gravure, par exemple un réacteur RIE.
Pour réaliser les portions diélectriques contre les flancs 114, une couche 116 de matériau diélectrique à base de SiC est tout d’abord déposée en recouvrant la structure, c’est-à-dire en recouvrant à la fois ses flancs 114 et son sommet (formé par une face supérieure du masque dur 112), ainsi qu’une partie du substrat non recouverte par la structure (c’est-à-dire les parties de la face supérieure 107 de la couche superficielle 106 se trouvant autour de la structure). Un tel dépôt de la couche 116 correspond à un dépôt conforme, c’est-à-dire que la couche 116 a une épaisseur sensiblement constante sur chacune des surfaces sur lesquelles elle est déposée, par exemple par ALD (dépôt de couche atomique, ou « Atomic Layer Deposition » en anglais).
Le matériau diélectrique de la couche 116 correspond par exemple à du SiCO ou du SiBCN. L’épaisseur de la couche 116 est par exemple comprise entre 5 nm et 20 nm.
Dans l’exemple décrit ici, une seule couche 116 est déposée puis utilisée pour réaliser les portions diélectriques contre les flancs 114. En variante, il est possible que plusieurs couches de matériau diélectrique soient successivement déposées et utilisées pour réaliser les portions diélectriques contre les flancs 114.
La couche 116 est ensuite exposée à au moins un plasma comprenant du dioxygène. Sur la , ce plasma est représenté symboliquement par des flèches désignées par la référence 118. Ce plasma est dirigé perpendiculairement à la face 107 sur laquelle repose la structure, c’est-à-dire perpendiculairement au plan (X,Y) sur la . Cette exposition de la couche 116 au plasma correspond à un bombardement ionique obtenu en soumettant le plasma à une tension de polarisation par exemple comprise entre 50 V et 200 V, et de préférence comprise entre 100 V et 150 V. La puissance du générateur de ce plasma est par exemple comprise entre 100 W et 1000 W, et de préférence égale à environ 400 W. La pression de la chambre dans laquelle cette exposition est réalisée est faible et par exemple comprise entre 1mTorr, ou 133 mPa, et 50 mTorr, de préférence comprise entre 2 mTorr et 10 mTorr, et typiquement égale à 5 mTorr. Le flux de gaz servant à la génération de ce plasma est par exemple compris entre 50 sccm, ou 8,3.10 -7 m 3 /s en conditions standards de température et de pression, et 500 sccm, et de préférence égal à 200 sccm.
L’exposition de la couche 116 à ce plasma modifie de manière isotrope le matériau diélectrique de la couche 116, et transforme ainsi une partie de la couche 116 en portions 120 d’oxyde de silicium. Etant donné le caractère isotrope de cette exposition, les parties de la couche 116 transformées en portions 120 correspondent à celles présentant des surfaces qui ne sont pas parallèles à la direction du plasma, c’est-à-dire ici les parties de la couche 116 se trouvant au sommet de la structure, ou au-dessus de la face supérieure du masque dur 112, et sur les parties du substrat localisées à côté de la structure, qui ont ici des surfaces perpendiculaires à la direction du plasma. Le matériau diélectrique des parties de la couche 116 localisées contre les flancs 114 n’est pas affecté par cette étape d’exposition au plasma, et n’est donc pas transformé en oxyde de silicium. En outre, les paramètres de mise en œuvre de cette exposition de la couche tels que l’énergie des ions du plasma utilisé pour cette exposition, qui va influer sur la profondeur atteinte par ces ions, la dose d’ions et la durée de mise en œuvre sont avantageusement tels que chacune des portions 120 ait une épaisseur comprise entre 1 nm et 3 nm.
Les portions 120 sont ensuite gravées sélectivement vis-à-vis du matériau diélectrique restant de la couche 116, voire des éventuels autres matériaux présents sur le substrat et susceptibles d’être gravés par cette étape (voir ). La gravure des portions 120 peut correspondre à une gravure humide mise en œuvre avec une solution à base d’acide fluorhydrique dont la concentration est par exemple comprise entre 0,1 % et 5 %, et de préférence égale à 1 %, et dont la durée est par exemple de quelques dizaines de secondes, c’est-à-dire comprise entre 10 secondes et 1 minutes.
Cette gravure des portions 120 peut également correspondre à une gravure sèche mise en œuvre en exposant les portions 120 à un plasma à base de NH 3 /NF 3 et en réalisant un recuit à une température supérieure à 100°C. Au cours d’une telle gravure, le matériau des portions 120 est transformé en sels qui sont ensuite sublimés par le recuit ultérieur. L’exposition des portions 120 au plasma est par exemple mise en œuvre pendant une durée comprise entre 1 seconde et 10 minutes, à une température comprise entre 10°C et 50°C, et à une pression comprise entre 1 mTorr et 10 Torr. Le recuit réalisant la sublimation des sels est par exemple mis en œuvre pendant une durée de plusieurs dizaines de secondes (entre 10 secondes et 1 minute). Selon un exemple de réalisation, il est possible de former le plasma avec un flux de NF 3 égal à 50 sccm et un flux de NH 3 égal à 300 sccm, à une température égale à 30°C et une durée de 45 secondes, le recuit étant ensuite mis en œuvre à une température de 180°C pendant une durée de 60 secondes. Les principes de mise en œuvre d’une telle gravure sèche sont détaillés dans le document de H. Nishini et al., « Damage‐free selective etching of Si native oxides using NH 3 /NF 3 and SF 6 /H 2 O down‐flow etching », Journal of Applied Physics 74, 1345 (1993).
Plus précisément, comme détaillé par la suite, une ligne 6 de conduction alimente une électrode d’actionnement du matériau piézoélectrique d’un transducteur élémentaire 3. Une électrode d’actionnement 7 peut être commune à tous les transducteurs 3 d’un groupe comme montré en , et être reliée à un interrupteur matriciel commun.
Comme montré également à la , les entrées d’un interrupteur matriciel 4 sont destinées à être alimentées par des signaux ultrasons, éventuellement de phases différentes 5. L’interrupteur matriciel est en outre relié à un processeur de commande comme détaillé par la suite.
Chaque interrupteur matriciel 4 est un circuit intégré, le plus communément un circuit dit ASIC (« Application Specific Integrated Circuit »), éventuellement de type LSI (« Large Scale Integration »). Les formats typiques vont de qqs à plus de 100 mm².
L’intégration, i.e. le supportage et l’interconnexion de la pluralité des transducteurs 3 et des interrupteurs matriciels 4 sur un substrat souple et conformable 10 afin de constituer un patch 1 selon l’invention, peut être faite par une technologie de type circuits imprimés multicouches et/ou par dépôt de couches minces.
Un exemple de cette intégration est montré aux figures 3 et 4 sous la forme d’empilement de couches fonctionnelles et liaison aux circuits intégrés formant les interrupteurs matriciels 4.
Le substrat 10 supporte tout d’abord un sous-ensemble surjacent 100 de protection vis-à-vis de l’environnement extérieur.
Ce sous-ensemble surjacent 100 est un empilement de trois couches, à savoir :
- une couche interne 101, directement en contact avec le substrat, formant un blindage électromagnétique par rapport aux signaux extérieurs. Cette couche 101 peut être une couche métallique de Cu, Ag ou Au ou une couche de PEDOT :PSS ou PEDOT :PSS/IL (dopé par liquide ionique). Le cas échéant, cette couche 101 a une fonction supplémentaire de protection mécanique. Pour ce faire, on choisit les caractéristiques mécaniques appropriées ;
- une couche intermédiaire 102 formant un écran mécanique qui peut être sous la forme d’un film de densité élevée, afin d'optimiser l'émission des signaux ultrasons vers le côté opposé du substrat 10. Cette couche 102 peut être en un polymère contenant des particules de BaSO4 et/ou TiO2 ;
- une couche externe 103, directement en contact avec l’environnement extérieur, formant une protection chimique résistant aux solvants, alcools, adhésifs, ....Cette couche 103 peut être un film de polymère flexible.
Le substrat 10 supporte également directement les circuits intégrés 4 formant les interrupteurs matriciels qui peuvent être collés ou imprimés directement sur le substrat 10.
Une couche de planarisation 104 est directement en contact avec le côté du substrat 10 opposé à celui supportant l’ensemble de protection 100. Cette couche 101 a pour fonction de faciliter le dépôt des autres couches. Cette couche de planarisation 104 peut être celle d’un film de polymère ce type PEN pré-planarisé (par exemple poly(naphtalate d'éthylène planarisé de marque Teonex®) .
Une couche électriquement conductrice formant un conducteur de masse 105 est directement sous-jacente à la couche de planarisation 104. Cette couche 105 peut être une couche métallique de Cu, Ag ou Au ou une couche de PEDOT :PSS ou PEDOT :PSS/IL (dopé par liquide ionique).
En-dessous est agencée une alternance de couches isolantes électriques 106 et de couches conductrices formant des électrodes intermédiaires 107 pour réaliser les interconnexions électriques avec les transducteurs piézoélectriques 3.
Les couches 106 sont soit des isolants à bas coefficient diélectrique de type SiO 2 , notamment ceux obtenus par polycondensation de silanes par exemple (TEOS) ou des couches d’oxides isolants ou des polymères, notamment ceux à base de Si. Les couches isolantes électriques 106 peuvent être réalisées par dépôt ou être constituées d’un film isolant électrique revêtu sur ses deux faces d’un adhésif pour leur intégration dans l’empilement.
Les électrodes intermédiaires 107 peuvent être identiques aux couches 105.
Chaque impulsion comprend donc au minimum deux groupes de sous-impulsions. L’effet de réduction de la distance aveugle peut être constaté à partir de deux groupes de sous-impulsions.
Dans une étape b) mise en œuvre par l’émetteur du radar, les différents groupes de sous-impulsions sont émis de façon non contigüe, à savoir, les sous-impulsions ne sont pas émises l’une à la suite de l’autre, au sein d’une même impulsion.
De façon préférentielle, les groupes de sous-impulsions d’une impulsion comprennent un nombre identique de sous-impulsions, ce qui facilite le filtrage Doppler ainsi que la concaténation à la réception.
La distance aveugle dépend de la longueur du groupe de sous-impulsions le plus grand dans une impulsion ; le choix de la longueur du groupe de sous-impulsions le plus grand résulte donc de la distance aveugle souhaitée.
Le signal reçu est traité par le récepteur du radar, après fusion des données de tous les récepteurs. C’est le cas par exemple lorsqu’il y a eu au préalable une formation de faisceaux par le calcul en élévation.
A la réception, suite à la réflexion de l’impulsion d’émission par une cible environnante, il convient alors de concaténer les groupes d’impulsions reçus, de façon à récupérer le code de phase complet correspondant à l’impulsion d’émission (étape c)).
Une fois que l’impulsion concaténée a été formée, le radar calcule une fonction de corrélation entre l’impulsion d’émission et l'impulsion concaténée correspondante (étape d)).
La distance de la cible par rapport au radar est ensuite déterminée en fonction de la position du pic dans la fonction de corrélation (étape e)).