JP2023553659A - 光学角度フィルタ - Google Patents

Abstract

【解決手段】本開示は、画像取得デバイス(19)のための角度フィルタ(23)に関し、角度フィルタは、可視光線及び／又は赤外線を通さない第１の壁(35)によって画定されている第１の開口部(33)の第１のアレイ(31)と、マイクロレンズ(29)のアレイ(27)と、可視光線及び／又は赤外線を通さない第２の壁(45)によって画定されている第２の開口部(43)の第２のアレイ(41)とを有する積層体を備えている。

Description

本開示は、光学角度フィルタに関する。

より具体的には、本開示は、光学系、例えば画像化システム内で使用されるか、又は特に有機発光ダイオード（OLED）による指向性照明又は光学検査の用途のために光源の光線を平行にするために使用されるように構成されている光学角度フィルタに関する。

角度フィルタ又はフィルタは、入射放射光の入射角に応じてこの入射放射光をフィルタ処理して、ひいては入射角が最大入射角より大きい光線を遮断し得るデバイスである。角度フィルタは、画像センサに関連付けられて使用されることが多い。

既知の角度フィルタを改善する必要がある。

実施形態は、既知の角度フィルタの不利点の全て又は一部を克服する。

実施形態は、画像取得デバイスのための角度フィルタであって、
可視光線及び／又は赤外線を通さない第１の壁によって画定されている第１の開口部の第１のアレイと、
マイクロレンズのアレイと、
可視光線及び／又は赤外線を通さない第２の壁によって画定されている第２の開口部の第２のアレイと
を有する積層体を備えている、角度フィルタを提供する。

実施形態によれば、前記第２の開口部の数が、前記第１の開口部の数より少なくとも２倍大きい。

実施形態によれば、前記第１の開口部の数が、前記第２の開口部の数より少なくとも２倍大きい。

実施形態によれば、前記マイクロレンズのアレイは、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間に配置されている。

実施形態によれば、前記第２のアレイは、前記マイクロレンズのアレイと前記第１のアレイとの間に配置されている。

実施形態によれば、前記第１のアレイは、前記マイクロレンズのアレイと前記第２のアレイとの間に配置されている。

実施形態によれば、
前記マイクロレンズのアレイ及び前記第１のアレイを含む構造は、入射角が前記マイクロレンズの光軸に対して第１の最大入射角より大きい入射光線を遮断するように適合されており、
前記第２のアレイは、入射角が前記マイクロレンズの光軸に対して第２の最大入射角より大きい入射光線を遮断するように適合されており、
前記第２の最大入射角は前記第１の最大入射角より大きい。

実施形態によれば、透過率の半値半幅に対応する前記第１の最大入射角は10°未満であり、好ましくは４°未満である。

実施形態によれば、透過率の半値半幅に対応する前記第２の最大入射角は15°より大きく、60°より小さい。

実施形態によれば、前記第２の最大入射角は30°以下である。

実施形態によれば、前記第１の開口部は、空気、部分真空、又は、可視域及び赤外域で少なくとも部分的に透明な材料で充填されている。

実施形態によれば、前記第２の開口部は、空気、部分真空、又は、可視域及び赤外域で少なくとも部分的に透明な材料で充填されている。

実施形態によれば、１つのマイクロレンズが第１の開口部と垂直方向に並んでいる。

実施形態によれば、各マイクロレンズは、１つの第１の開口部と垂直方向に並んでいる。

実施形態によれば、各マイクロレンズの光軸が第１の開口部の中心に合わせられている。

実施形態は、上述したような角度フィルタと、画像センサとを備えている、画像取得デバイスを提供する。

前述及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明を限定するものではない例示として与えられる特定の実施形態の本開示の残り部分に詳細に記載される。

画像取得システムの実施形態を示す部分的な断面略図である。 角度フィルタを備えた画像取得デバイスの実施形態を示す部分的な断面略図である。 画像取得デバイスの別の実施形態を示す部分的な断面略図である。 画像取得デバイスの別の実施形態を示す部分的な断面略図である。 角度フィルタに達する光線の入射角に応じた図２に示されている画像取得デバイスの角度フィルタの透過率を示す図表である。

同様の特徴が、様々な図で同様の参照符号によって示されている。特に、様々な実施形態に共通する構造的特徴及び／又は機能的特徴は同一の参照符号を有してもよく、同一の構造特性、寸法特性及び材料特性を有してもよい。

明瞭化のために、本明細書に記載されている実施形態の理解に有用な工程及び要素のみが示されて詳細に記載されている。特に、画像センサ、及び角度フィルタ以外の要素の形成は詳述されておらず、記載される実施形態及び実施モードは、画像センサ及びこれらの他の要素の通常の実施形態と適合する。

以下の開示では、「前」、「後ろ」、「最上部」、「底部」、「左」、「右」などの絶対位置、若しくは「上方」、「下方」、「上側」、「下側」などの相対位置を限定する文言、又は「水平方向」、「垂直方向」などの向きを限定する文言を参照するとき、特に指定されていない場合、この文言は図面の向きを指す。

「約」、「略」、「実質的に」及び「程度」という表現は、特に指定されていない場合、該当する値の１０％の範囲内、好ましくは５％の範囲内を表す。

「全ての要素」、「各要素」という表現は、特に指定されていない場合、95％～100 ％の要素を表す。

「要素のみを備えている」という表現は、特に指定されていない場合、要素を少なくとも90％備えていることを表し、好ましくは要素を少なくとも95％備えていることを表す。

以下の記載では、特に指定されていない場合、層又は膜を通る放射光の透過率が10％未満であるとき、その層又は膜は放射光を通さないとする。以下の記載では、層又は膜を通る放射光の透過率が10％を超えるとき、その層又は膜は放射光を通すとする。実施形態によれば、同一の光学系に関して、放射光を通さない光学系の全ての要素の透過率は、前記放射光を通す光学系の要素の最も低い透過率の半分より低く、好ましくは５分の１より低く、より好ましくは１０分の１より低い。本開示の残り部分では、「有用な放射光」は、動作中に光学系を横切る電磁放射線を表す。以下の記載では、「マイクロメートルサイズの光学素子」は、支持体の表面と平行に測定された最大寸法が１μｍより大きく１ｍｍより小さい、前記表面に形成された光学素子を表す。

マイクロメートルサイズの光学素子が２つの光学的境界面で形成されたマイクロメートルサイズのレンズ又はマイクロレンズに夫々相当する場合のマイクロメートルサイズの光学素子のアレイを備えた光学系に関して、このような光学系の実施形態を記載する。しかしながら、マイクロメートルサイズの光学素子が、例えばマイクロメートルサイズのフレネルレンズ、マイクロメートルサイズの屈折率分布型レンズ又はマイクロメートルサイズの回折格子に夫々相当してもよい、他のタイプのマイクロメートルサイズの光学素子を用いてこれらの実施形態が更に実施されてもよいことは明らかなはずである。

以下の記載では、可視光線は、400 nm～700 nmの範囲内の波長を有する電磁放射線を表し、この範囲内で赤色の光は、600 nm～700 nmの範囲内の波長を有する電磁放射線を表す。700 nm～１mmの範囲内の波長を有する電磁放射線を赤外線と称する。赤外線では、700 nm～1.7 μｍの範囲内の波長を有する近赤外線を特に識別することができる。

図１は、画像取得システム11の実施形態を示す部分的な断面略図である。

図１に示されている画像取得システム11は、
画像取得デバイス13（デバイス）、及び
処理部15（Processing Unit －PU）
を備えている。

処理部15は、図１に示されていない、画像取得デバイス13によって送信される信号を処理するための手段を有していることが好ましい。処理部15は、例えばマイクロプロセッサを有している。

デバイス13及び処理部15は、リンク17によって連結されていることが好ましい。デバイス13及び処理部15は、例えば同一の回路に一体化されている。

図２は、角度フィルタを有する画像取得デバイス19の実施形態を示す部分的な断面略図である。

図２に示されている画像取得デバイス19は、図２の向きで下から上に、
画像センサ21、及び
画像センサ21を覆う角度フィルタ23
を有している。

本明細書では、図２～図４に示されている画像取得デバイスの実施形態が、直接直交ＸＹＺ座標系に従った空間に示されており、ＸＹＺ座標系のＹ軸は画像センサ21の上面に直交している。

画像センサ21は、光検出器とも称される光子センサ25のアレイを有している。光検出器25は、好ましくはアレイ状に配置されている。光検出器25は、保護被覆体及び／又はカラーフィルタ（不図示）で覆われてもよい。光検出器25は、好ましくは全て同一の構造及び同一の特性／特徴を有している。言い換えれば、全ての光検出器25は製造上の差の範囲内で実質的に同一である。画像センサ21は、導電性トラックと、光検出器25の選択を可能にする不図示のスイッチング素子、特にトランジスタとを更に有している。光検出器25は有機材料で形成されていることが好ましい。光検出器25は、薄膜トランジスタ（TFT ）を有する基板、又はMOS （金属酸化膜半導体）トランジスタとも称される金属酸化膜ゲート電界効果トランジスタを有する基板に一体化されている有機フォトダイオード（OPD ）、有機フォトレジスタ、又は、アモルファスシリコン若しくは単結晶シリコンのフォトダイオードに相当してもよい。

画像センサ21の有機フォトダイオード25は、例えばポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）（PEDOT ）及びポリ（スチレンスルホン酸）ナトリウム（PSS ）の混合物を有している。基板は、例えばシリコン、好ましくは単結晶シリコンで形成されている。トランジスタ（TFT ）のチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域は、例えばアモルファスシリコン（a-Si）、インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物（IGZO）又は低温ポリシリコン（LTPS）で形成されている。

実施形態によれば、各光検出器25は可視光線及び／又は赤外線を検出するように適合されている。

角度フィルタ23は、
例えば平凸のマイクロメートルサイズのマイクロレンズ29のアレイ27と、
可視域及び／又は赤外域で不透明な第１の壁35によって画定されている第１の孔又は開口部33の第１のアレイ31又は層と、
第２の壁45によって画定されている第２の孔43又は開口部の第２のアレイ41と
を有しており、マイクロレンズ29のアレイ27は、第１のアレイ31と第２のアレイ41との間に配置されている。

実施形態によれば、マイクロレンズ29のアレイ27は、基板又は支持体28上に形成されて基板又は支持体28と接しており、基板28はマイクロレンズ29と第１のアレイ31との間に配置されている。

基板28は、存在する場合、ここでは可視域及び赤外域の対象とする波長を少なくとも吸収しない透明なポリマで形成されてもよい。ポリマは、特にポリエチレンテレフタレート(PET) 、ポリ（メタクリル酸メチル）(PMMA)、環状オレフィンポリマ(COP) 、ポリイミド(PI)、ポリカーボネート(PC)であってもよい。基板28の厚さは、１μｍ～100 μｍの範囲内であってもよく、好ましくは10μｍ～100 μｍの範囲内であってもよい。基板28は、カラーフィルタ、偏光子、１／２波長板又は１／４波長板に相当してもよい。

マイクロレンズ29は、シリカ、PMMA、ポジ型レジスト、PET 、ポリ（エチレンナフタレート）(PEN) 、COP 、ポリジメチルシロキサン(PDMS)／シリコーン、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂で形成されてもよい。マイクロレンズ29は、レジストブロックのクリープによって形成されてもよい。マイクロレンズ29は更に、PET 、PEN 、COP 、PDMS／シリコーン、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂の層上にインプリントによって形成されてもよい。マイクロレンズ29は、焦点距離ｆが夫々１μｍ～100 μｍの範囲内、好ましくは１μｍ～70μｍの範囲内である集光マイクロレンズである。実施形態によれば、全てのマイクロレンズ29は実質的に同一である。

この実施形態によれば、マイクロレンズ29及び基板28（存在する場合）は、透明又は部分的に透明な材料で形成されていることが好ましく、すなわち、画像化対象の露光中に使用される波長に対応する波長領域に亘って、意図する分野、例えば画像化のために考慮されるスペクトルの一部で透明な材料で形成されていることが好ましい。

マイクロレンズ29の平面は第１の開口部33に対向している。

第１の壁35の厚さを「h1」と称する。壁35は、例えば光検出器25によって検出される放射光を通さず、例えば、光検出器25によって検出される放射光を吸収する及び／又は反射する。壁35は、可視域及び／又は近赤外域及び／又は赤外域の放射光を吸収するか又は反射する。壁35は、例えば、画像化（例えば生体測定及び指紋画像化）に使用される450 nm～570 nmの範囲内の波長を通さない、並びに／又は、赤色及び赤外線の波長を通さない。

本開示では、層31と基板28（又は該当する場合にはマイクロレンズ29のアレイ）との間の界面に位置する層31の表面を層31の上面と称する。更に、上面と反対側に位置する層31の表面を層31の下面と称する。

図２には、開口部33がＹＺ面に台形状の断面で示されている。一般に、各開口部33は正方形状、矩形状、又は漏斗状であってもよい。各開口部33は、平面視で（すなわちＸＺ面で）円形状、長円形状又は多角形状であってもよく、例えば三角形状、正方形状、矩形状又は台形状であってもよい。各開口部33は、平面視で好ましくは円形状である。ＸＺ面における開口部33の特徴的な寸法が開口部33の幅によって定められている。例えば、ＸＺ面に正方形状の断面を有する開口部33の場合、幅は側面の寸法に相当し、ＸＺ面に円形状の断面を有する開口部33の場合、幅は開口部33の直径に相当する。図示されている例では、層31の上面のレベルの開口部33の幅は、層31の下面のレベルの開口部33の幅より大きい。更に、開口部33の対称軸芯と層31の下面との交点に位置する点を開口部33の中心と称する。例えば、円形の開口部33の場合、各開口部33の中心は開口部33の回転軸芯にある。

実施形態によれば、第１の開口部33は行及び列に配置されている。行及び列は千鳥状に配置されてもよく、つまり、２つの連続する行及び２つの連続する列が整列していない。開口部33の大きさは全て実質的に同一であってもよい。（開口部の基部、つまり基板28又はマイクロレンズ29との界面で測定される）開口部33の直径を「w1」と称する。開口部33の繰返しピッチ、つまり、行又は列の２つの連続する開口部33の中心間のＸ軸又はＺ軸に沿った距離を「P1」と称する。

第１の開口部33は第１のアレイ31の１つのマイクロレンズ29に夫々関連付けられていることが好ましい。マイクロレンズ29の光軸は第１のアレイ31の開口部33の中心と整列していることが好ましい。マイクロレンズ29の直径は、開口部33の（光軸に垂直に測定される）最大断面より大きいことが好ましい。

ピッチP1は４μｍ～50μｍの範囲内であってもよく、例えば略15μｍであってもよい。高さh1は１μｍ～１mmの範囲内であってもよく、好ましくは１μｍ～20μｍの範囲内であってもよい。幅w1は、好ましくは１μｍ～50μｍの範囲内であってもよく、例えば略10μｍであってもよい。

図２に示されている実施形態によれば、各光検出器25は４つの開口部33に関連付けられている（例えば、Ｘ軸に沿って２つの開口部33に関連付けられ、Ｚ軸に沿って２つの開口部33に関連付けられている）。実際、角度フィルタ23の分解能は画像センサ21の分解能より４倍以上高くてもよい。言い換えれば、実際には、光検出器25の４倍以上の第１の開口部33があってもよい。

マイクロレンズ29のアレイ27及び第１のアレイ31が関連付けられている構造は、アレイ27のマイクロレンズ29の光軸に対する放射光の入射角に応じて入射放射光をフィルタ処理するように適合されている。言い換えれば、この構造は、マイクロレンズに達する入射光線を入射角に応じてフィルタ処理するように適合されている。マイクロレンズ29のアレイ27及び第１のアレイ31が関連付けられている構造は、フィルタ23のマイクロレンズ29の光軸に対する夫々の入射角が第１の最大入射角より大きい入射放射光の光線を遮断するように適合されている。この構造は、マイクロレンズ29の光軸に対する入射角が第１の最大入射角より小さい光線のみを通過させるように適合されている。例えば、この構造は、入射角が45°より小さく、好ましくは30°より小さく、より好ましくは10°より小さく、更により好ましくは４°より小さく、例えば3.5 °程度の入射光線のみを通過させる。

第１の開口部33は、例えば空気、部分真空、又は、可視域及び赤外域で少なくとも部分的に透明な材料で充填されている。開口部33の充填材料は、任意に第１のアレイ31の下面に層37を形成して第１の壁35を覆って、第１のアレイ31の前記下面を平坦化する。

マイクロレンズ29は、好ましくは平坦化層39で覆われている。平坦化層39は、可視域及び赤外域で少なくとも部分的に透明な材料で形成されており、そのため、平坦化層39はカラーフィルタの機能を果たしてもよい。

図２に示されている実施形態によれば、第２のアレイはマイクロレンズ29のアレイ27の上側に配置されている。より正確には、第２のアレイは平坦化層39の上面に配置されている。

第２の壁45の厚さを「h2」と称する。第２の壁45は、例えば第１の壁35と同一の性質及び同一の不透明度を有する。

図２には、開口部43がＹＺ面に矩形状の断面で示されている。一般に、各開口部43は正方形状、矩形状、台形状又は漏斗状であってもよい。各開口部43は、平面視で（ＸＺ面で）円形状、長円形状又は多角形状であってもよく、例えば三角形状、正方形状、矩形状又は台形状であってもよい。各開口部43は、平面視で好ましくは円形状である。

実施形態によれば、第２の開口部43は行及び列に配置されている。開口部は千鳥状に配置されてもよい。開口部43は全て（製造ばらつきの範囲内で）実質的に同一の大きさを有してもよい。（開口部の基部、つまり平坦化層39との界面で測定される）開口部43の幅又は直径を「w2」と称する。実施形態によれば、開口部43は行及び列に規則的に配置されている。開口部43の繰返しピッチ、つまり、行又は列の２つの連続する開口部43の中心間の平面視での距離を「P2」と称する。

図２に示されている実施形態によれば、第１の開口部33より少なくとも２倍多い、好ましくは少なくとも４倍多い第２の開口部43が設けられている。従って、ピッチP2はピッチP1より小さく、幅w2は幅w1より小さい。ピッチP2がピッチP1より小さく、ひいては開口部43の数が開口部33の数より多いため、（ナイキストの理論に基づき）センサに形成される画像の質に影響を与え得ないという利点がある。特に、図２の例では、アレイ41はアレイ31を通してセンサに画像化されない。これは、アレイ41のピッチP2がアレイ31のピッチP1より少なくとも２分の１、好ましくは４分の１小さいときに特に当てはまる。代わりの解決策として、２つのアレイを完全に整列させる方法があるが、この方法の実施は比較的複雑な場合がある。好ましくは少なくとも２倍のピッチ差を設けることにより、この整列を行う必要がなくなり得る。

実施形態によれば、第２の開口部43より少なくとも２倍多い、好ましくは少なくとも４倍多い第１の開口部33が設けられている。従って、ピッチP1はピッチP2より小さく、幅w1は幅w2より小さい。

ピッチP2は４μｍ～50μｍの範囲内であってもよく、例えば略６μｍであってもよい。高さh2は１μｍ～100 mmの範囲内であってもよく、好ましくは１μｍ～50μｍの範囲内であってもよい。幅w2は、好ましくは１μｍ～45μｍの範囲内であってもよく、例えば略４μｍであってもよい。

第２の開口部43は、例えば空気、部分真空、又は、可視域及び赤外域で少なくとも部分的に透明な材料、例えばカラーフィルタとして使用される材料で充填されている。

第２のアレイ41は、Ｙ軸に対する放射光の入射角に応じて入射放射光をフィルタ処理するように適合されている。第２のアレイ41は、入射角が、第１の最大入射角より大きい第２の最大入射角より小さい光線のみを通過させるように適合されている。言い換えれば、第２のアレイ41は、入射角が第２の最大入射角より小さく第２のアレイ41に達する光線のみを通過させるように適合されている。第２の入射角は15°より大きいことが好ましい。第２の最大入射角は好ましくは60°より小さく、好ましくは30°以下である。言い換えれば、第２のアレイ41は、夫々の入射角がＹ軸に対して第２の最大入射角より大きい入射光線を遮断するように適合されている。

マイクロレンズ29のアレイ27及び開口部33の第１のアレイ31を備えている構造により、入射角が第１の最大入射角より大きい全ての光線を遮断することが理論的に可能である。しかしながら、実際には、入射角が第１の最大入射角より大きい特定の光線がそれでも第１のアレイ31を横切ってしまうことが観察され得る。これらの光線は、入射角が第１の最大入射角より大きくマイクロレンズ29に達して隣り合うマイクロレンズ29の下にある開口部33を通過する光線である。この現象は、光学的クロストーク又は寄生結合と称され、光検出器25の分解能を低下させる場合がある。第２のアレイ41は、入射角が第２の最大入射角より大きく光学的クロストークを生じさせ得る光線を遮断することを目的とする。

図２では、各光線はアレイ41の上面及びマイクロレンズ29に同一の入射角で到達する。図２では、入射光線といえば、画像取得デバイス19に入射する光線のことである。画像取得デバイス19に入射する放射光は、
（マイクロレンズ29の平面に垂直な）入射角ゼロの光線47、
入射角αが０°より大きく、例えば略４°の第１の最大入射角以下の光線49、
入射角βが第１の最大入射角より大きく、例えば略20°の第２の最大入射角以下の光線51、及び
入射角γが第２の最大入射角より大きい光線53
を含む。

しかしながら、デバイス19に入射する光線の一部は、第２の最大入射角より小さい入射角を有しても、壁によって遮られる。これらの光線は、壁45の上面又は壁45の側面に達する光線である。入射角が第２の最大入射角より小さくとも遮られる光線の割合は、光線の夫々の入射角に応じて決められる。入射角が第２の最大入射角より小さくとも遮られるこれらの光線は図２には示されていない。

図２に示されている入射光線47, 49, 51は、入射角が第２の最大入射角より小さく壁45の上面によっても側面によっても遮られない入射光線である。

各光線47は、第２のアレイ41及びマイクロレンズ29のアレイ27を横切って、横切ったマイクロレンズ29から出て前記マイクロレンズ29の像焦点を通過する。各マイクロレンズ29の像焦点は、マイクロレンズ29が関連付けられている第１の開口部33の中心で第１の開口部33の第１のアレイ31の下面に又は前記下面の近傍に設けられている。マイクロレンズ29のアレイ27及び第１のアレイ31が関連付けられている構造は光線47を遮断しない。従って、各光線47は画像センサ21によって取り込まれて、より正確には光線47が横切るマイクロレンズ29の下にある光検出器25によって取り込まれる。

光線49は光線47と同様であり、角度フィルタ23を通過して進む。第２のアレイ41もマイクロレンズ29のアレイ27及び第１のアレイ31が関連付けられている構造も光線47を遮断しない。従って、各光線47は画像センサ21によって取り込まれて、より正確には前記光線が横切るマイクロレンズ29の下にある光検出器25によって取り込まれる。

各光線51は第２のアレイ41を横切ってマイクロレンズ29に達する。しかしながら、光線51は、光線49又は光線47とは異なりマイクロレンズ29のアレイ27及び第１のアレイ31が関連付けられている構造によって遮断される。従って、光線51は光検出器25に達しない。

入射角が第２の最大入射角より大きい光線53は、第２のアレイ41によって完全に遮断される。従って、光線53はマイクロレンズ29及び光検出器25に達しない。

そのため、角度フィルタ23の出力で、画像センサ21は、入射角が第１の最大入射角より小さい光線47及び光線49のみを取り込む。

図３は、画像取得デバイス55の別の実施形態を示す部分的な断面略図である。

より具体的には、図３は、第２のアレイ41がマイクロレンズ29のアレイ27と第１のアレイ31との間に配置されている点を除いて、図２に示されている画像取得デバイス19と同様の画像取得デバイス55を示す。

図３では、第２のアレイ41はマイクロレンズ29のアレイ27と基板28との間に配置されているが、実際には、第２のアレイ41は基板28と第１のアレイ31との間に配置されてもよい。

図３に示されている実施形態によれば、図２に示されている画像取得デバイス19とは異なり、入射光線はまずマイクロレンズ29に達してマイクロレンズによって逸れる。次に、逸れた光線は第２のアレイ41によってフィルタ処理されて、その後、第１のアレイ31によってフィルタ処理される。

例として、マイクロレンズ29によって屈折する夫々の光線47、光線49、光線51及び光線53は角度を付けて逸れて、マイクロレンズ29の光軸に対して角度δ、角度α’、角度β’、角度γ’を形成する。

光線47、光線49、光線51及び光線53の内、第２の最大入射角より大きい入射角で第２のアレイ41の上面に達する光線は第２のアレイ41によって遮断される。更に、光線47、光線49、光線51及び光線53の内、第１の最大入射角より大きい入射角でマイクロレンズ29のアレイに達する光線は第１のアレイ31によって遮断される。

図４は、画像取得デバイス57の別の実施形態を示す部分的な断面略図である。

より具体的には、図４は、第２のアレイ41が第１のアレイ31と画像センサ21との間に配置されている点を除いて、図３に示されている画像取得デバイス55と同様の画像取得デバイス57を示す。

図４に示されている実施形態によれば、図２に示されている画像取得デバイス19とは異なり、入射光線はまずマイクロレンズ29に達してマイクロレンズによって逸れる。次に、逸れた光線は第１のアレイ31によってフィルタ処理されて、その後、第２のアレイ41によってフィルタ処理される。

画像取得デバイス55と同様に、マイクロレンズ29によって屈折する夫々の光線47、光線49、光線51及び光線53は角度を付けて逸れて、マイクロレンズ29の光軸に対して角度δ、角度α’、角度β’、角度γ’を形成する。

光線47、光線49、光線51及び光線53の内、第１の最大入射角より大きい入射角でマイクロレンズ29のアレイ27に達する光線は第１のアレイ31によって遮断される。光線47、光線49、光線51及び光線53の内、第２の最大入射角より大きい入射角で第２のアレイの上面に達する光線は第２のアレイ41によって遮断される。

図５は、角度フィルタに達する光線の入射角に応じた図２に示されているデバイスの角度フィルタの透過率を示す図表である。

より具体的には、図５は、光線の入射角（角度（°））に応じた図２に示されている角度フィルタ23の様々な部分における前記光線の正規化された透過率を夫々表す３つの曲線59、曲線61及び曲線63を示す。

図５に示されている図表は、
マイクロレンズ29のアレイ27及び第１のアレイ31が関連付けられている構造を横切る光線の透過率に対応する曲線59、
第２のアレイ41を横切る光線の透過率に対応する曲線61、並びに
図２に示されているような角度フィルタ23を完全に横切る光線の透過率に対応する曲線63
を含む。

曲線59、曲線61及び曲線63は、
マイクロレンズ29の焦点距離が10μｍ～70μｍの範囲内である、
マイクロレンズ29は、厚さが10μｍ～60μｍの範囲内の基板上に配置されて前記基板と接している、
第１の開口部33は台形状である、
開口部33は、１μｍ～45μｍの範囲内のアレイ31の上面のレベルの幅w1、１μｍ～40μｍの範囲内のアレイ31の下面のレベルの幅、１μｍ～50μｍの範囲内の高さh1、及び５μｍ程度のピッチP1を有する、
開口部43は矩形状である、並びに
開口部43は１μｍ～45μｍの範囲内の幅w2、１μｍ～50μｍの範囲内の高さh2、及び４μｍ～59μｍの範囲内のピッチP2を有する
という条件のシミュレーションによって夫々得られている。

実際には、マイクロレンズのアレイが第１のアレイ及び第２のアレイと夫々関連付けられている構造は、入射角が第１の最大入射角及び第２の最大入射角より夫々大きい光線を完全には遮断し得ない。遮断値、つまり第１の最大入射角の値及び第２の最大入射角の値は、アレイ27とアレイ31及びアレイ41との透過率の半値半幅、つまり曲線59及び曲線61の半値半幅とする。言い換えれば、入射角がこの値に等しい光線は50％で遮断され、入射角がこの値より大きい光線の大部分は遮断されず、入射角がこの値より小さい光線の大部分は、マイクロレンズのアレイと第１のアレイ31及び第２のアレイ41が夫々関連付けられている構造によって遮断される。

前述した大きさでは、曲線59の半値半幅、つまり第１のアレイの透過率の半値半幅（HWHM）は略3.5 °であり、曲線61の半値半幅、つまり第２のアレイの透過率の半値半幅は略20°である。

第１の曲線59は、略25°及び略－25°の入射角に二次ピークと称される２つの第２のピークを有している。入射角が略25°である光線の透過率は略0.05である。これらの二次ピークは、入射角が略20°～略40°の範囲内の光線がマイクロレンズ29のアレイ又は第１のアレイ31を通過して、この光線が横切るマイクロレンズ29又は開口部33の下にある光検出器25の近くの光検出器25によって取り込まれることを意味する。

第２の曲線61は、入射角が20°～－20°の範囲内の光線を通過させる帯域通過フィルタに特有である。

数学的には、曲線63の値は、同一の所与の入射角に関する曲線59の値及び曲線61の値の乗算結果に相当する。第３の曲線63は、第１の曲線59と比較して二次ピークを有しない。そのため、20°を超える光線の透過率は０に近づく。

開口部の２つのアレイを組み合わせることにより、入射角が第２の最大入射角より大きい入射光線を完全に遮断し得るという利点がある。入射角が第２の最大入射角より大きい入射光線を完全に遮断することにより、二次ピークに対応する光学的クロストークを減少させるか又は抑制することができる（曲線63）。

様々な実施形態及び変形例が述べられている。当業者は、これらの様々な実施形態及び変形例のある特徴を組み合わせてもよいと理解し、他の変形例が当業者に想起される。記載されている実施形態は、例えば上述した大きさ及び材料の例に限定されない。

最後に、記載されている実施形態及び変形例の実際の実施は、上述されている機能的な表示に基づく当業者の技能の範囲内である。

本出願は、法律で認められているように参照によって本明細書に組み込まれる「Filtre angulaire optique」という題名で2020年12月14日に出願された仏国特許出願第2013150 号に基づいており、仏国特許出願第2013150 号の優先権を主張している。

Claims (15)

1. 画像取得デバイス(19; 55; 57)のための角度フィルタ(23)であって、
   可視光線及び／又は赤外線を通さない第１の壁(35)によって画定されている第１の開口部(33)の第１のアレイ(31)と、
   マイクロレンズ(29)のアレイ(27)と、
   可視光線及び／又は赤外線を通さない第２の壁(45)によって画定されている第２の開口部(43)の第２のアレイ(41)と
   を有する積層体を備えており、
   前記第２のアレイ(41)のピッチ(P2)は、前記第１のアレイ(31)のピッチ(P1)より小さい、角度フィルタ。
2. 前記第２の開口部(43)の数が、前記第１の開口部(33)の数より少なくとも２倍大きい、請求項１に記載の角度フィルタ。
3. 前記マイクロレンズ(29)のアレイ(27)は、前記第１のアレイ(31)と前記第２のアレイ(41)との間に配置されている、請求項１又は２に記載の角度フィルタ。
4. 前記第２のアレイ(41)は、前記マイクロレンズ(29)のアレイ(27)と前記第１のアレイ(31)との間に配置されている、請求項１又は２に記載の角度フィルタ。
5. 前記第１のアレイ(31)は、前記マイクロレンズ(29)のアレイと前記第２のアレイ(41)との間に配置されている、請求項１又は２に記載の角度フィルタ。
6. 前記マイクロレンズ(29)のアレイ(27)及び前記第１のアレイ(31)を含む構造は、入射角が前記マイクロレンズ(29)の光軸に対して第１の最大入射角より大きい入射光線を遮断するように適合されており、
   前記第２のアレイ(41)は、入射角が前記マイクロレンズ(29)の光軸に対して第２の最大入射角より大きい入射光線を遮断するように適合されており、
   前記第２の最大入射角は前記第１の最大入射角より大きい、請求項１～５のいずれか１つに記載の角度フィルタ。
7. 透過率の半値半幅に対応する前記第１の最大入射角は10°未満であり、好ましくは４°未満である、請求項６に記載の角度フィルタ。
8. 透過率の半値半幅に対応する前記第２の最大入射角は15°より大きく、60°より小さい、請求項６又は７に記載の角度フィルタ。
9. 前記第２の最大入射角は30°以下である、請求項６～８のいずれか１つに記載の角度フィルタ。
10. 前記第１の開口部(33)は、空気、部分真空、又は、可視域及び赤外域で少なくとも部分的に透明な材料で充填されている、請求項１～９のいずれか１つに記載の角度フィルタ。
11. 前記第２の開口部(43)は、空気、部分真空、又は、可視域及び赤外域で少なくとも部分的に透明な材料で充填されている、請求項１～１０のいずれか１つに記載の角度フィルタ。
12. １つのマイクロレンズ(29)が第１の開口部(33)と垂直方向に並んでいる、請求項１～１１のいずれか１つに記載の角度フィルタ。
13. 各マイクロレンズ(29)は、１つの第１の開口部(33)と垂直方向に並んでいる、請求項１～１１のいずれか１つに記載の角度フィルタ。
14. 各マイクロレンズ(29)の光軸が第１の開口部(33)の中心に合わせられている、請求項１～１３のいずれか１つに記載の角度フィルタ。
15. 請求項１～１４のいずれか１つに記載の角度フィルタ(23)と、
    画像センサ(21)と
    を備えている、画像取得デバイス(19; 55; 57)。

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