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EP-4390475-B1 - POLARIZER FILTER AND POLARIMETRIC IMAGE SENSOR INCORPORATING SUCH A FILTER

EP4390475B1EP 4390475 B1EP4390475 B1EP 4390475B1EP-4390475-B1

Inventors

  • DENEUVILLE, François

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20231212

Claims (19)

  1. Polarizing filter (FP) intended to be arranged in front of an image sensor (100; 400; 600; 800; 900) comprising a plurality of pixels (P), the filter comprising, for each pixel, a polarizing structure (111) comprising a plurality of parallel metal bars (701), each bar being coated with an absorbing stack (703) comprising: - a tungsten layer (705); the polarizing filter being characterized in that it further comprises: - a silicon layer (707), coating the tungsten layer; and - a dielectric layer (709), coating the silicon layer.
  2. Filter according to claim 1, wherein the metal bars (701) are made of a material different from tungsten, preferably of aluminum.
  3. Filter according to claim 2, wherein the tungsten layer (705) has a thickness greater than 40 nm, preferably greater than 60 nm.
  4. Filter according to claim 1, wherein the metal bars (701) are made of tungsten.
  5. Filter according to claim 4, wherein the metal bars (701) and the tungsten layer (705) have a cumulated thickness greater than 40 nm, preferably greater than 60 nm.
  6. Filter according to any of claims 1 to 5, wherein the silicon layer (707) has a thickness in the range from 20 to 100 nm, preferably from 30 to 50 nm, for example equal to approximately 39 nm.
  7. Filter according to any of claims 1 to 6, wherein the dielectric layer (709) is made of silicon oxide.
  8. Filter according to any of claims 1 to 6, wherein the dielectric layer (709) is formed of a stack of a plurality of layers of dielectric materials having refraction indices lower than that of silicon.
  9. Polarimetric image sensor (100; 400; 600) formed inside and on top of a semiconductor substrate (101), the sensor comprising: - a plurality of pixels (P), each comprising a photodetector (107) formed in the semiconductor substrate; and - a polarizing filter (FP) according to any one of claims 1 to 8, the filter being arranged on the side of an illumination surface of the photodetectors.
  10. Sensor (100; 600; 800; 900) according to claim 9, wherein said plurality of pixels (P) comprises at least first and second pixels (P(1), P(2)) adapted to measuring radiations according to respectively first and second distinct polarizations, the polarization structure (111) of the first pixel (P(1)) being adapted to predominantly transmitting a radiation according to the first polarization and the polarization structure (111) of the second pixel (P(2)) being adapted to predominantly transmitting a radiation according to the second polarization.
  11. Sensor (100; 600; 800; 900) according to claim 10, wherein said plurality of pixels (P) further comprises third and fourth pixels (P(3), P(4)) adapted to measuring radiations according to respectively third and fourth distinct polarizations, different from the first and second polarizations, the polarization structure (111) of the third pixel (P(3)) being adapted to predominantly transmitting a radiation according to the third polarization and the polarization structure (111) of the fourth pixel (P(4)) being adapted to predominantly transmitting a radiation according to the fourth polarization.
  12. Sensor (100; 600; 800; 900) according to claim 11, wherein the first, second, third and fourth polarizations are linear polarizations along first, second, third and fourth directions respectively forming 0°, 90°, 45° and 135° angles with a reference direction.
  13. Sensor (600; 800; 900) according to any of claims 9 to 12, further comprising a polarization router comprising a two-dimensional metasurface (MS) arranged on the side of the polarizing filter (FP) opposite to the photodetectors, the metasurface comprising a two-dimensional array of pads (117).
  14. Sensor (600; 800; 900) according to claim 13, as dependent on claim 11 or 12, wherein the two-dimensional metasurface (MS) comprises: - a first portion (MS(1)) located vertically in line with the first and second pixels (P(1), P(2)) adapted to predominantly transmitting: a radiation according to the first polarization towards the first pixel (P(1)); and a radiation according to the second polarization towards the second pixel (P(2)), and - a second portion (MS(2)) located vertically in line with the third and fourth pixels (P(3), P(4)) adapted to predominantly transmitting: a radiation according to the third polarization towards the third pixel (P(3)); and a radiation according to the fourth polarization towards the fourth pixel (P(4)).
  15. Sensor (600; 800; 900) according to any of claims 9 to 14, further comprising a plurality of first microlenses (401) extending in front of a pair of adjacent pixels (P(1), P(2)) of the sensor.
  16. Sensor (600; 800; 900) according to claim 15, wherein the first microlenses (401) each have an elongated shape.
  17. Sensor (600; 800; 900) according to claim 15 or 16, as dependent on claim 13 or 14, wherein the first microlenses (401) are: A) arranged on the side of a surface of the two-dimensional metasurface (MS) opposite to the photodetectors (107); or B) interposed between the photodetectors and the two-dimensional metasurface.
  18. Sensor (900) according to claim 17, in its option B), further comprising a plurality of second microlenses (901) distinct from the first microlenses (401) and arranged on the side of a surface of the two-dimensional metasurface (MS) opposite to the photodetectors (107), each second microlens extending in front of a pair of adjacent pixels (P(1), P(2)) of the sensor.
  19. Sensor (900) according to claim 18, wherein each second microlens (901) has an elongated shape.

Description

Domaine technique La présente description concerne de façon générale les capteurs d'images, et vise plus particulièrement des capteurs d'images dits polarimétriques, adaptés à enregistrer des informations relatives à la polarisation de la lumière captée. Technique antérieure La mesure de l'information de polarisation de la lumière lors de l'acquisition d'une image peut présenter un intérêt pour de nombreuses applications. Elle permet en particulier la mise en œuvre de traitements d'amélioration des images, adaptés en fonction de l'application considérée. Par exemple, elle permet d'atténuer ou au contraire d'exacerber des reflets sur une image de toute surface provoquant une réflexion spéculaire, comme une vitre, de l'eau ou la surface d'un œil. Elle rend en outre possible de détecter des objets manufacturés dans un environnement naturel, ces derniers présentant généralement une signature en polarisation. Parmi les applications pouvant tirer profit de la mesure de l'information de polarisation, on peut également citer des applications de contrôle industriel, des applications biomédicales, par exemple des applications de détection de cellules cancéreuses (ces dernières polarisant la lumière de par leur nature fibreuse), des applications d'amélioration de contraste pour la capture d'images en milieu diffusant (brouillard, imagerie sous-marine, etc.), ou encore des applications de cartographie de distance ou acquisition d'images de profondeur, dans lesquelles la polarisation peut fournir des informations sur l'orientation de la surface des objets manufacturés, et ainsi aider la reconstruction 3D en complément d'une autre modalité comme l'illumination active par lumière structurée ou par mesure de temps de vol. Pour mesurer l'information de polarisation, il a déjà été proposé d'acquérir successivement, au moyen d'un même capteur, plusieurs images d'une même scène, en plaçant à chaque acquisition un polariseur en vis-à-vis du capteur, et en changeant de polariseur entre deux acquisitions successives. Il en résulte des systèmes d'acquisition relativement volumineux, avec la présence devant le capteur d'un mécanisme, par exemple une roue ou platine rotative motorisée sur laquelle sont fixés les différents polariseurs, permettant de changer le polariseur entre deux acquisitions. Une autre limitation est liée à la nécessité d'acquérir successivement plusieurs images de la scène pour enregistrer plusieurs états de polarisation. Ceci peut notamment poser problème lorsque la scène varie dans le temps. Pour pallier ces limitations, il a été proposé de placer une matrice de filtres polariseurs en vis-à-vis du capteur d'images. Une limitation reste toutefois que les filtres polariseurs bloquent une partie du signal lumineux reçu par le système d'acquisition. Ainsi, la sensibilité globale ou rendement quantique global du système d'acquisition est relativement faible. La publication US 2021/389184 A1 constitue un document de l'art antérieur. Il serait souhaitable de pallier au moins en partie certaines limitations des solutions connues d'acquisition d'images polarimétriques. Résumé de l'invention Pour cela, un mode de réalisation prévoit un capteur d'images tel que défini dans la revendication 9 ; et un routeur de polarisation comprenant une métasurface bidimensionnelle disposée du côté du filtre polariseur opposé aux photodétecteurs, la métasurface comprenant un réseau bidimensionnel de plots. Selon un mode de réalisation, ladite pluralité de pixels comprend au moins des premier et deuxième pixels adaptés à mesurer des rayonnements selon respectivement des première et deuxième polarisations distinctes, la structure de polarisation du premier pixel étant adaptée à transmettre majoritairement des rayonnements selon la première polarisation et la structure de polarisation du deuxième pixel étant adaptée à transmettre majoritairement des rayonnements selon la deuxième polarisation. Selon un mode de réalisation, une première partie de la métasurface bidimensionnelle située à l'aplomb des premier et deuxième pixels est adaptée à transmettre majoritairement : des rayonnements selon la première polarisation vers la structure de polarisation du premier pixel ; etdes rayonnements selon la deuxième polarisation vers la structure de polarisation du deuxième pixel. Selon un mode de réalisation, les première et deuxième polarisations sont des polarisations linéaires selon des première et deuxième directions formant respectivement des angles de 0° et 90° par rapport à une direction de référence. Selon un mode de réalisation, ladite pluralité de pixels comprend en outre des troisième et quatrième pixels adaptés à mesurer des rayonnements selon respectivement des troisième et quatrième polarisations distinctes, différentes des première et deuxième polarisations, la structure de polarisation du troisième pixel étant adaptée à transmettre majoritairement des rayonnements selon la troisième polarisation et la structure de polarisation du quatr