TITRE : Imageur multispectral à domaine spectral élargi .

Domaine technique

L' invention concerne un imageur multispectral apte à obtenir instantanément des images en deux dimensions dont le spectre est résolu en chaque point .

Technique antérieure

De nombreuses applications en astronomie, minéralogie, chimie ou encore agriculture requièrent l'acquisition d' images spectrales d' objets ou de scènes, c' est-à-dire d' images limitées spectralement à des bandes spécifiques du spectre électromagnétique, dans le visible, l' infra-rouge ou l' ultra-violet .

Des imageurs multispectraux ou hyperspectraux permettent d' obtenir de telles images , qui consistent en images bidimensionnelles dont le spectre est extrait en chaque point . On parle conventionnellement d' imagerie hyperspectrale lorsque les spectres extraits sont très résolus, c' est-à-dire formés de nombreuses (typiquement plus de 100) bandes spectrales relativement étroites (typiquement 5 à 15 nm) , et d' imagerie multispectrale lorsque les spectres ssoonntt formés de moins de bandes spectrales (typiquement entre 4 et 20) relativement larges (typiquement 15 à 40 nm) .

Une première méthode d' obtention d' images multispectrales est d' employer un scanner comprenant un capteur unidimensionnel balayant une scène à analyser, dit « push broom scanner » .

Une deuxième méthode est d' employer une matrice bidimensionnelle de capteurs photosensibles élémentaires, matrice dite « FPA » pour Focal Plane Array en terminologie anglaise, afin de pratiquer de l ' imagerie multispectrale instantanée, ou « snapchot imaging », méthode de capture d'images en une unique période d'intégration de la matrice de capteurs,

La présente invention se situe dans le cadre de l'obtention d'images multispectrales selon cette deuxième méthode, cadre dans lequel le document de brevet US 2019/0145823 divulgue un imageur multispectral basé sur un capteur d'image comprenant une matrice bidimensionnelle formée d'une matrice de pixels photosensibles, et d'un ensemble de filtres élémentaires chacun associés à l'un des pixels photosensibles.

Les pixels photosensibles sont chacun dédiés à une bande spectrale donnée, c'est-à-dire prévus pour recevoir et mesurer un rayonnement de longueur d'onde comprise dans cette bande, l'ensemble des pixels photosensibles dédiés à une même bande spectrale formant une sous-image dont chaque point appartient à l'un d'une pluralité de macropixels chacun formés d'un groupe de pixels et des filtres associés.

Structurellement, chaque filtre élémentaire est superposé à celui des pixels photosensibles auquel il est associé, définissant sa bande spectrale par filtrage du rayonnement électromagnétique incident,

Ici, les filtres élémentaires sont chacun constitués d'un filtre interférentiel de type Fabry-Pérot.

Les dispositifs tels que ceux du brevet US 2019/0145823 sont conçus pour n'analyser que des domaines spectraux d'étendues relativement réduites, environ 300 nm de large, afin d'éviter la pollution d'une bande spectrale par une autre.

En pratique, pour étudier par exemple le domaine spectral allant, de 400 à 1000 nm (domaine visible et proche infra-rouge), on recourt donc a deux imageurs multispectraux distincts, par exemple dédiés respectivement aux domaines spectraux 400-700 nm et 700-1000 nm.

Il serait souhaitable qu’un seul dispositif soit capable de mettre en œuvre de l'imagerie multispectrale pour un domaine spectral étendu . La demande de brevet LIS 2017/0163901 Al porte sur un système d'imagerie multispectrale reposant sur une optique permettant de former une pluralité d'imagettes formant chacune un duplicata d'une image d'une scène à analyser, chaque imagette étant détectée par une portion distincte d'un élément de capture d'image colorée, ainsi que sur une combinaison entre des filtres à bande passantes étroites et des filtres de couleurs intégrés à l'élément de capture d'image.

Les documents de brevet US 2015/0138560 Al et DE 112013 002 560 T5 portent sur un détecteur spectroscopique comprenant deux miroirs en vis-à-vis formant une cavité laser.

Exposé de l'invention

La présente invention a pour but d'augmenter l'étendue du domaine spectral analysable par un seul imageur multispectral.

L'invention porte plus particulièrement sur un imageur multispectral conçu pour analyser un domaine spectral d'intérêt comprenant une première bande spectrale et une deuxième bande spectrale distincte de la première bande spectrale, comprenant un capteur d'images formé d'une matrice de macropixels (110) comprenant chacun un premier pixel photosensible et un deuxième pixel photosensible dédiés respectivement à la première bande spectrale et à la deuxième bande spectrale distincte de la première bande spectrale, et une structure de filtrage qui comprend un premier filtre interférentiel et un deuxième filtre interférentiel qui sont superposés respectivement au premier pixel photosensible et au deuxième pixel photosensible et qui sont arrangés pour transmettre respectivement un premier rayonnement électromagnétique appartenant à la première bande spectrale et un deuxième. rayonnement électromagnétique appartenant à la deuxième bande spectrale, l'imageur multispectral étant caractérisée en ce qu'une longueur d'onde moitié de celle du deuxième rayonnement électromagnétique se situe dans le domaine spectral d'intérêt, et en ce que l'imageur multispectral comprend en outre une couche filtrante qui est superposée au deuxième pixel photosensible et qui est configurée pour bloquer le passage d'un troisième rayonnement électromagnétique de longueur d'onde moitié de celle du deuxième rayonnement électromagnétique.

Un avantage essentiel d'un imageur multispectral selon l'invention est sa capacité a analyser un domaine spectral élargi sans subir de pollution due aux résonnances d'ordre 2 des filtres interférentiels.

En outre, un tel imageur multispectral ne requiert pas de capteur d'images particulier et peut donc être basé sur des capteurs d'images commerciaux standards, facilitant le développement et réduisant considérablement le coût de cet imageur.

Un imageur multispectral ayant une telle structure, avec un fonctionnement basé sur l'emploi de macropixels et une couche filtrante structurée à l'échelle d'un pixel, possède d'autres caractéristiques avantageuses.

Il permet d'utiliser la totalité de la surface photosensible du capteur, amenant ainsi une excellente résolution spatiale.

De plus, une telle structure implique une proximité intime entx'e le capteur d'image, la structure de filtrage interférentiel et la couche filtrante, assurant ainsi une quasi-absence de problèmes liés à aux angles de vue respectifs de chacun des pixels d'une scène à capturer.

L'imageur multispectral selon l'invention peut présenter les caractéristiques suivantes :

- la longueur d'onde moitié de celle du deuxième rayonnement électromagnétique peut se situer dans la première bande spectrale ; la couche filtrante peut former- un filtre passe-haut configuré pour bloquer le premier rayonnement électromagnétique et transmettre le deuxième rayonnement électromagnétique ;

~ la couche filtrante peut être structurée de manière à ne pas être superposée au premier pixel photosensible ;

- la couche filtrante peut être constituée d'une couche de matériau organique rouge - la couche filtrante peut être formée d'une mosaïque de filtres élémentaires, peut en outre être superposée au premier pixel photosensible et être configurée pour transmettre le premier rayonnement électromagnétique au premier pixel photosensible ;

- la couche filtrante peut, comprendre une matrice de filtres organiques configurés pour transmettre chacun une bande spectrale dans le domaine spectral du visible ; les filtres organiques peuvent être configurés pour transmettre respectivement des bandes de rayonnements bleus, verts et rouges ; et

- la matrice de filtres organiques peut être une matrice de Bayer .

Brève description des dessins

La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1A illustre une vue en coupe d'un imageur multispectral selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 1B illustre une vue en plan d'une matrice de macropixels de l'imageur spectral de la figure 1A ;

- la figure 1C illustre un macropixel de la figure 1B ;

- la figure 1D illustre une première variante du principe général de l'invention ;

- la figure 2 illustre les caractéristiques de l'imageur multispectral de la figure 1A ;

- la figure 3 illustre les caractéristiques d’un imageur multispectral selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 4 illustre la structure de l'imageur multispectral de la figure 3 ; et

- la figure 5 illustre des variantes de structures d'un imageur spectral selon l'invention. Les figures 2 (en A, C et D) et 3 (en A, B et C) illustrent des réponses spectrales de filtres optiques, avec en ordonnées des pourcentages de transmission et en abscisses des longueurs d'ondes, exprimes en nanomètres.

Description d'un premier mode particulier de réalisation selon l 'invention

La figure 1A illustre une vue en coupe de la structure d'un imageur multispectral à 16 canaux selon l'invention, avec un capteur d'images 100 comprenant un substrat de capteur 105, une matrice de pixels photosensibles 115 formés sur et/ou dans ce substrat, dédiés respectivement à l'une de seize bandes spectrales d'intérêt, centrées respectivement sur des longueurs d'onde λ ₁ à λ ₁₆ , et.une structure de filtrage 150 comprenant un substrat, de filtre 155 ainsi qu'une matrice de filtres interférentiels 160 formés sur ce substrat et une couche filtrante 170 formée sur les filtres interférentiels 160.

C'est la combinaison de la matrice de filtres interférentiels et de la couche filtrante qui spécialisent la sensibilité des pixels photosensibles au rayonnement incident, les dédiant ainsi chacun à une bande spectrale donnée.

Une pluralité de macropixels 110 formant une matrice de macropixels illustrée par la figure 1B sont chacun formés d'un groupe de pixels, chacun dédiés à l'une des bandes spectrales d'intérêt, et des filtres associés. La figure 1C illustre dans une vue en plan de l’un de ces macropixels 110, chacun formés d'une matrice de 4x4 des pixels photosensibles 115, les pixels photosensibles étant désignés par les longueurs d'onde centrales λ ₁ à λ ₁₆ des 16 bandes spectrales auxquelles ils sont respectivement dédiés, 430, 468, 506, 544, 582, 620, 658, 696, 734, 772, 810, 848, 886, 924, 962 et 1000 nm.

La couche filtrante 170 pourrait, prendre une forme continue ou être composée d’éléments discrets telle une mosaïque de filtres élémentaires, et avoir ou non une composition et des propriétés homogènes sur toute son étendue ; elle est ici formée de façon homogène d'une résine organique rouge structurée pour se superposer aux pixels photosensibles dédies aux bandes spectrales centrées sur les longueurs d'onde hautes λ ₁ à λ ₁₆ et pour être absente au niveau des pixels dédiés aux bandes spectrales centrées sur les longueurs d'onde basses λ ₁ à λ ₅ , comme illustrée par la figure 2 en B) qui représente la couche filtrante 170 à l'échelle d'un macropixel 110.

La couche filtrante 170 forme ici un filtre organique passe-haut, avec une longueur d'onde de coupure situé à environ 590 nm, comme illustré par la figure 2 en C), mais tout type de filtre pourrait être employé, comme par exemple des filtres fonctionnant par absorption, par réflexion, interférentiels ou plasmoniques, pourvu qu'ils aient une réponse spectrale adéquate (passe-haut ici) et qu'ils puissent être structurés à l'échelle des pixels photosensibles.

Lorsque l'on dit qu'un filtre est superposé à un pixel photosensible, on doit ici comprendre que ce filtre est décalé du pixel selon une direction perpendiculaire à son plan de formation et situé de manière à intercepter le rayonnement incident sur ce pixel pour le bloquer ou le transmettre.

Dans ce document, les termes « bloquer » et « transmettre ¾> ne sont pas à comprendre dans les sens d'un blocage total et d'une transmission totale, mais doivent être compris selon l'usage du domaine des filtres optiques, comme par exemple par blocage d'au moins 80% et transmission d'au moins 30% d'un rayonnement électromagnétique, ce qui correspond aux exemples considérés dans cette description.

Ainsi, lorsque l'on dit qu'une couche filtrante superposée à un pixel photosensible est configurée pour transmettre un rayonnement à ce pixel photosensible, on comprendra que cette couche filtrante est transparente à ce rayonnement (transmission d'au moins 30% de ce rayonnement) et. lui permet de la traverser pour irradier ce pixel photosensible. Cela n'empêche pas qu’un premier élément formant une première partie de la couche filtrante puisse transmette un premier rayonnement de longueur d'onde donnée et qu’un deuxième élément formant une deuxième partie de la couche filtrante puisse bloquai·une deuxième rayonnement de cette longueur d'onde donnée.

L'imageur peut en outre comprendre un réseau de microlentilles 120 reproduisant l'arrangement des pixels photosensibles de sorte qu'a chaque pixel corresponde une et une seule des lentilles, et configuré pour concentrer le rayonnement incident sur les surfaces photosensibles des pixels photosensibles, augmentant ainsi la sensibilité de l'imageur.

Les éléments de cet imageur requièrent une proximité intime entre le capteur d'image, la structure de filtrage interférentiel et la couche filtrante, de sorte que les trajectoires de rayonnements incidents passent respectivement par un pixel photosensible et un filtre interférentiel qui lui est superposé, même avec un angle d'incidence conséquent (supérieur à 30° par exemple) tout en limitant les phénomènes de diaphonie (ou « crosstalk » en anglais, pollution du rayonnement destiné à être reçu par un pixel donné par un rayonnement destiné à être reçu par un pixel voisin),

Une telle proximité peut être obtenue par mise en contact direct entre les éléments (160, 170) formés sur le substrat de capteur 105 et les éléments (115, 120) formés sur le substrat de filtre 155, ou éventuellement par l'intermédiaire de couches minces de protection, puis par fixation des substrats (105,155) l'un à l'autre au moyen d'un liseré de colle 157 situé en périphérie de ces substrats (105, 155) .

Les éléments 160, 170, 115 et 120 sont interposés entre les deux substrats 105 et 155 afin de ne pas être séparés par l'épaisseur d'un ou deux de ces substrats et maintenir la proximité nécessaire.

En pratique, l'imageur illustré en figure 1A est associé à un système optique de focalisation (non .illustré) comprenant une ou plusieurs lentilles situées à distance des pixels photosensibles 115 et des filtres interférentiels 160 et de leur substrat 155.

Les filtres interférentiels peuvent être, par exemple, des filtres de type Fabry-Pérot, formés d'une cavité résonnante comprise entre deux miroirs,

Un tel filtre transmet un rayonnement électromagnétique s'il entre en résonnance dans la cavité, c'est-à-dire à la condition que sa longueur d'onde appartienne à une bande spectrale centrée sur une longueur d'onde donnée définie par la formule [1] suivante : dans laquelle k est un nombre entier supérieur ou égal à 1 qui définit l'ordre de résonnance considéré, est l'indice de réfraction de la cavité pour la longueur d'onde λ _k , et e est l'épaisseur physique de la cavité,

La largeur de la bande spectrale transmise par un tel filtre se caractérise par la hauteur à mi-hauteur d'un pic de résonnance, pouvant, aller de quelques nanomètres à plusieurs dizaines de nanomètres, et dépend de la structure et des matériaux employés poul ^¬ ie filtre.

Pour k=1, on parle de résonnance d’ordre 1 ; la bande de transmission nominale du filtre étant la bande centrée sur λ ₁ . Cependant, d'autres ordres de résonnance vérifiant la condition de transmission de la formule [1] sont associés aux nombres entiers k supérieurs à 1 : ordre 2 pour k valant 2, ordre 3 pour k valant 3 etc.

En permettant la transmission des rayonnements de longueurs d'onde correspondantes, les ordres de résonnance d'ordres 2 limitent en pratique la plage spectrale que pourra analyser un imageur multispectral donné,

En effet, un filtre interférentiel conçu pour transmettre en tant que signal utile un premier rayonnement grâce à une résonnance d'ordre 1 transmettra également un deuxième rayonnement de longueur d'onde approximativement moitié (a la dispersion d'indice de réfraction près) de celle du premier rayonnement en raison de la résonnance d'ordre 2, qui pollue la mesure du signal utile au point de la rendre inexploitable.

Ainsi, pour éviter la pollution du signal par la présence dans le domaine spectral analysé par l'imageur multispectral des longueurs d'ondes approximativement plus courtes de moitié que d'autre longueurs d'ondes de ce même domaine, on limite l'étendu du domaine spectral analysable pour exclure ces dernières, par l'utilisation d'un filtre passe-haut global couvrant l'ensemble des pixels photosensibles ou de par les caractéristiques du matériau utilisé pour la détection du rayonnement, comme le siliciium dans le cas d'une technologie,de détection CMOS.

De cette manière, on évite qu'une longueur d'onde deux fois plus courte que celle d'un rayonnement électromagnétique se situant dans une bande spectrale haute (en longueur d'onde) du domaine spectral analysé se situe dans une bande spectrale basse (en longueur d'onde) de ce même domaine spectral.

De fait, bloquer globalement, à l'échelle de l'ensemble de l'imageur multispectral, les rayonnements transmis par des résonnances d'ordre 2 des filtres dédiés aux bandes spectrales hautes revient à bloquer également des bandes spectrales basses que l'on pourrait souhaiter analyser avec le même imageur multispectral.

La figure 2 montre en A) un graphe indiquant les réponses spectrales des 16 filtres interférentiels associés aux 16 pixels photosensibles dans un domaine spectral s'étendant de 400 à 1100 nm, avec les pics de transmission dus aux résonnances d'ordres 1 et 2, de largeurs à mi-hauteur comprises entre 20 et 50 nm.

Dans cet exemple, en l'absence de la couche filtrante 170, des rayonnements de longueurs d'onde inférieures à approximativement 550 nm seraient transmis aux pixels photosensibles dédiés aux longueurs d'ondes hautes {i.e. de longueurs d'ondes relativement longues) en raison des résonnances d'ordre 2 des filtres interférentiels associés, comme indiqué par les pics de résonnances de la boîte Box où se superposent les pics de résonnances d'ordre 1 des longueurs d'onde basses (i.e. de longueurs d'ondes relativement courtes) et les pics de résonnance d'ordre 2 des filtres interfèrentiels de transmissions nominales correspondant aux longueurs d'onde hautes.

Dans la présente invention, la couche filtrante 170 résout le problème de pollution des signaux utiles des bandes spectrales hautes (en longueur d'onde) en bloquant les rayonnements de longueurs d'onde plus courtes, non pas globalement sur l’ensemble des pixels photosensibles, mais spécifiquement au niveau des pixels photosensibles dédiés à ces bandes spectrales hautes, tout en laissant passer les rayonnements des bandes spectrales basses {en longueur d'onde) au niveau des pixels photosensibles dédiés à ces bandes spectrales basses.

Concrètement, la couche filtrante 170 est, dans ce mode de réalisation, structurée au niveau des pixels photosensibles pris individuellement de manière à ne se superposer qu'aux pixels dédiés aux bandes spectrales hautes, étant absente au niveau des pixels dédiés aux bandes spectrales basses.

De fait, la couche filtrante 170 a une structure matricielle dont chaque élément reproduit en géométrie et en dimensions la structure des macropixels 110, structure formée dans cet exemple d'une matrice de 4x4 pixels photosensibles 115.

Ainsi, la couche filtrante 170 est ici formée d'éléments superposés respectivement aux pixels photosensibles 115 dédiés respectivement aux longueurs d'onde λ ₆ à λ ₁₆ , chaque élément correspondant à un pixel photosensible et réciproquement.

Dans ce mode de réalisation particulier, ces éléments forment une couche filtrante 170 continue à l'échelle d'un macropixel 110, superposée a une première portion seulement d'un macropixel 110 de manière à ne pas intercepter un rayonnement incident passant par une deuxième portion du même macropixel, comme illustré en B) de la figure 2. Ainsi, un imageur multispectral selon l'invention peut analyser un domaine spectral élargi allant par exemple de 400 à 1000 n®, d'étendue plus grande que celles des imageurs multispectraux conventionnels, sans souffrir du phénomène de pollution décrit ci-dessus.

La figure 2 illustre en D) la réponse spectrale de la combinaison selon l'invention entre les filtres interférentiels 160 et la couche filtrante 170 constituée du filtre passe-haut illustrée en B), conçue pour bloquer les rayonnements correspondant aux résonnances d'ordre 2 des 11 filtres interférentiels λ ₁ à λ ₁₆ , de longueurs d'onde plus courtes que la longueur d'onde de coupure de la couche filtrante.

On constate que la couche filtrante permet d'éliminer ou de réduire très fortement la transmission des rayonnements due aux pics de résonnance d'ordre 2, de manière à obtenir une image spectrale à 16 bandes couvrant un large domaine spectral et ne souffrant pas ou peu de pollution provoquée par ces pics de résonnance d'ordre 2, selon le principe illustré par la figure 1D.

Les flèches pleines indiquent les pics de transmission des 11 pixels photosensibles dédiés aux longueurs d'onde λ ₆ à λ ₁₆ , pixels auxquels est superposée la couche filtrante 170.

La figure 1D résume le principe général de l'invention : un premier filtre interférentiel IF1 superposé à un premier pixel photosensible PP1 transmet un rayonnement Iλ _I d'une longueur d'onde appartenant à une première bande spectrale d'intérêt centrée sur la longueur d'onde λ _I , un deuxième filtre interférentiel IF2 superposé à un deuxième pixel photosensible PP2 transmet un rayonnement Iλ _II d'une deuxième longueur d'onde appartenant a une deuxième bande spectrale d'intérêt centrée sur la longueur d'onde λ _II ainsi qu'un rayonnement polluant Iλ _II — P troisième longueur d'onde approximativement moitié de λ _II en raison d'une résonnance d'ordre 2 du deuxième filtre interférentiei IF2, et une couche filtrante FL qui est configurée pour transmettreIλ _I à PP1 et Iλ _II à PP2, et bloquer le rayonnement polluant Iλ _II — P au niveau de PP2.

En pratique, on peut considérer que la couche filtrante FL bloque également un rayonnement de longueur d'onde moitié de celle de λ _II au niveau de PP2.

La troisième longueur d'onde du rayonnement, polluantIλ _II — P pourrait être très proche de ou égale à λ ₁ , et pourrait en particulier se trouver dans une bande spectrale d'intérêt,centrée sur λ ₁ correspondant au pic de résonnance d'ordre 1 de IF1, et donc être transmis par le premier filtre interférentiel IF1.

Les deux bandes spectrales d'intérêt sont distinctes, c'est-à- dire centrées sur des longueurs d'onde différentes, et de préférence ne se chevauchent pas.

One première variante de ce principe, illustrée par la figure 1D, consiste à structurer la couche filtrante FL de manière à ne la superposer qu'au deuxième pixel photosensible PP2.

Dans ce document, l'expression « approximativement » signifie qu'un écart de 10% est autorisé entre les valeurs des grandeurs considérées, et est en particulier utilisée pour tenir compte de la dispersion d'indice dans le positionnement des pics de résonnance,

Ce principe appliqué au premier mode particulier de réalisation de l'invention, λ _I et λ _II correspondent par exemple respectivement à λ _I etλ ₁₂ , PP1 et PP2 aux pixels photosensibles 115 dédiée aux bandes spectrales centrées sur ces longueurs d'onde, IF1 et IF2 aux filtres interférentiels 160 superposés respectivement à PP1 et PP2, Iλ _I et Iλ _II aux rayonnements transmis par IF1 et IF2 par résonances d'ordre 1 et Iλ _II — P au rayonnement transmis par IF2 par résonance d'ordre 2, et la couche filtrante FL à la couche filtrante 170.

Un imageur multispectral appliquant le principe général de l'invention à ce premier mode de réalisation, combinant une matrice de filtres interférentiels et un filtre passe-haut structuré à l'échelle des pixels photosensibles, permet d'analyser un domaine spectral suffisamment étendu pour comprendre une première bande spectrale et une deuxième bande spectrale de longueurs d'ondes approximativement deux fois plus courtes que celles de la première bande spectrale sans souffrir de pollution due aux seconds ordres de résonnance.

L'application de l'invention ne se limite pas aux filtres de type Fabry-Pérot pris ici comme exemple, mais s'étend à tout type de filtre produisant plusieurs ordres d'interférence.

Ce premier mode de réalisation repose sur l'emploi d'une couche filtrante 170 formant un filtre passe-haut structuré localement de manière à ne se superposer qu'aux pixels photosensibles dédiés aux bandes spectrales hautes pour bloquer les rayonnement transmis par les résonnances d'ordre 2 et plus des filtres interférentiels associés, mais l'invention ne se limite pas a cette configuration et pourrait employer d'autres types de filtres comme des filtres passe- bandes, superposés ou non à l'ensemble des pixels photosensibles définissant un macropixel, ainsi que l'illustre le mode de réalisation suivant.

Description d'un deuxième mode particulier de réalisation selon l 'invention

Le deuxième mode de réalisation de l'invention consiste en un imageur spectral à 5 canaux ayant une structure identique à celle du premier mode de réalisation à l'exception des filtres interférentiels et de la couche filtrante, et comprenant des pixels photosensibles dédiés à 5 bandes spectrales centrées sur des longueurs d'onde λ ₁ à λ ₅ , respectivement 450, 550, 650, 865 et 945 nm, pixels arrangés en macropixels 110 comprenant chacun 16 pixels photosensibles comme illustré par la figure 4 en C).

Les trois premières longueurs d'ondes correspondent respectivement à trois filtres interférentiels B, G et R transmettant respectivement des rayonnements bleus, verts et rouges du domaine visible, les deux dernières longueurs d'onde correspondant respectivement à deux filtres interférentiels NIR1 et NIR2 du domaine proche infra-rouge,

La figure 3 illustre en A) la réponse spectrale des cinq filtres interférentiels, avec 5 pics de transmission correspondant respectivement aux longueurs d'onde λ ₁ à λ ₅ des résonnances d'ordre 1 de chacun des 5 filtres, et 2 pics de transmission à 444 et 483 nm correspondant respectivement aux résonnances d'ordre 2 des filtres NIR1 et NIR2.

Ces deux derniers pics de transmission sont une source de pollution comme expliqué dans le premier mode de réalisation, et sont éliminés ou fortement réduit en utilisant une couche filtrante 170 formée d'une mosaïque de filtres élémentaire, ici une matrice de Bayer classique comprenant des filtres organiques Grg,B, Grg.G et Org.R transmettant respectivement des bandes de rayonnements bleus, verts et rouges du domaine visible comme illustré par la figure 3 en B) .

La figure 4 illustre en A) l’arrangement des filtres interférentiels, selon la géométrie des macropixels 110, chaque filtre étant superposé à un et un seul des pixels photosensibles d’un macropixel donné, avec les pics de résonnance d'ordres 1 et 2 de ces filtres.

Les filtres organiques sont arrangés selon la géométrie du macropixel 110 comme illustré en B) de la figure 4, chaque filtre étant superposé à l'un et un seul des pixels photosensibles, et de sorte que les filtres NIR1 et NIR2 sont superposés respectivement à des filtres Org.G et Org.R, de manière à bloquer respectivement les rayonnements des pics à 444 et 483 nm correspondant aux résonnances d'ordre 2.

Plus spécifiquement, le macropixel 110 est formé d'une matrice 2x2 de 4 matrices de Bayer conventionnelles qui sont chacune formées d'une matrice de 2x2 éléments ; un filtre rouge Org.R, un filtre bleu Qrg.B et deux filtres verts Org.G, les deux filtres verts Org.G étant placés selon une diagonale de la matrice de Bayer. Les filtres NIR1 et NIR2 sont superposés à un filtre Org. G et un filtre Org. R de chacune de deux matrices de Bayer placées selon une diagonale du macropixel 110.

La disposition des filtres détaillée ci-dessus et illustrée en A) et B) de la figure 4 est avantageuse dans le sens où elle permet d'une part une utilisation de l'ensemble des pixels photosensibles 115 , chacun étant, dédié à la détection d'une longueur d'onde susceptible de lui parvenir, et d'autre part une haute résolution spatiale et a une haute sensibilité combinées à l'utilisation éventuelle d'un capteur photosensible commercial déjà équipé d'une matrice de Bayer et produit en masse, donc d'un coût raisonnable.

La figure 3 illustre en C) le résultat de la combinaison des filtres interférentiels avec les filtres organiques ; les deux pics à 444 et 483 nm sont extrêmement réduits alors que les 5 pics des résonnances d'ordre 1 restent transmis.

Une deuxième variante du principe général de l'invention, appliquée à ce deuxième mode particulier de réalisation de l'invention, est ici résumé en D) de la figure 4 ; λ _I et λ _II correspondent par exemple respectivement à λ ₂ et λ ₄ , PP1 et PP2 aux pixels photosensibles 115 respectivement dédiés aux bandes spectrales d'intérêts centrées sur ces longueurs d'onde, IF1 et IF2 aux filtres interfêrentiels G et NIR1 superposés respectivement à PP1 et PP2,Iλ _I et Iλ _II aux rayonnements transmis par IF1 et IF2 par résonances d'ordre 1, Iλ _II — P au rayonnement transmis par IF2 par résonance d'oi'dre 2 à 444 nm, et deux parties d’une couche filtrante FL’ à deux filtres élémentaires Org.G de la couche filtrante 170 superposés respectivement à PP1 et PP2.

Les deux bandes spectrales d'intérêt sont, distinctes, c'est-à- dire centrées sur des longueurs d'onde différentes, et de préférence ne se chevauchent pas.

Dans cette variante, la couche filtrante est superposée aux deux pixels photosensibles, mais elle transmet i¾ à PP1 tout en bloquant Iλ _II — P au niveau de PP2 en raison de sa réponse spectrale qui est différente selon les pixels considérés.

En pratique, on peut considérer que la couche filtrante FL' bloque également un rayonnement de longueur d'onde moitié de celle de λ _II au niveau de PP2.

Ici, les filtres organiques forment une matrice de Bayer, transmettant dans le bleu, le vert et le rouge du domaine spectral visible (type particulier de filtre dit RGB), mais d'autres types de matrices de filtrage, et de manière générale tout type de filtre se présentant sous forme d'une matrice de filtres et d'autres bandes de transmissions pourraient être envisagés pour concevoir un imageur spectral selon l'invention, comme par exemple des filtres de type RGBE, RYYB, CYYM ou encore RGBW.

L'utilisation d'un capteur d'image équipé d'une matrice de Bayer dans l'imageur multispectral est extrêmement avantageux dans la mesure où de tels capteurs sont largement disponibles à coûts raisonnables dans le commerce.

En outre, la structure d'imageur spectral de.la figure 1A pris à titre d'exemple dans les deux modes de réalisation ci-dessus correspond à une structure obtenue par une technologie hybride, c'est-à-dire qui repose sur la fabrication en parallèle d'un capteur d'images et d'une structure de filtrage sur deux substrats distincts puis leur association, incluant un réseau de lentilles, mais d’autres structures sont également appropriées, comme une structure hybride identique à celle de la figure 1A mais sans lentilles comme illustré par la figure 5 en A), ou encore une structure hybride dans laquelle la couche de filtrage 170 est formée sur le substrat de capteur et. est éventuellement recouverte d'une couche de planarisation 175, sans ou avec réseau de lentilles au-dessus de la couche de planarisation, comme illustré respectivement en B) et C) de la figure 5.

Il est également possible d'employer une structure obtenue par une technologie monolithique, c'est-à-dire obtenue par la formation en succession de tous les éléments de l'imageur sur un unique substrat, comme illustré en D) et E) de la figure 5, avec respectivement une superposition dans cet ordre des pixels photosensibles 115, des filtres interférentiels 160 et de la couche filtrante 170 et une superposition dans cet ordre des pixels photosensibles 115, de la couche filtrante 170, éventuellement d’une couche de planarisation 176, et des filtres interférentiels 160.

Il va de soi que la présente invention ne saurait être limitée aux modes de réalisation exposés plus haut, susceptibles de subir des modifications et d’être combinés sans pour autant sortir du cadre de I'invention.