WO2001086723A1 - Multiwavelength optical microsensor, digital spectrophotometer and polychromator - Google Patents

Multiwavelength optical microsensor, digital spectrophotometer and polychromator Download PDF

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WO2001086723A1
WO2001086723A1 PCT/CH2001/000295 CH0100295W WO0186723A1 WO 2001086723 A1 WO2001086723 A1 WO 2001086723A1 CH 0100295 W CH0100295 W CH 0100295W WO 0186723 A1 WO0186723 A1 WO 0186723A1
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WO
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microsensor
detector elements
conditioner
microsensor according
detector
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Application number
PCT/CH2001/000295
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Inventor
Michel Martin-Bouyer
Jean-Michel Thenard
Thierry Aubry
Hervé MUGNIER
Claude Fachinger
Christophe Turnar
Original Assignee
Eyetronic S.A.
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2803Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof

Definitions

  • the present invention relates to a multi-wavelength matrix optical microsensor comprising a set of detector elements and at least one signal conditioner, the detector elements comprising electronic junctions produced by assembling structures, said structures comprising doped materials, the microsensor comprising at least two subsets of detector elements, each of the subsets having a specific spectral response, the specific spectral response being obtained by modification of the intrinsic characteristics of the detector elements during the production of the device.
  • It also relates to a polychromator and in particular a polychromator with integrated electronics. It further relates to a corresponding digital spectrophotometer. It has applications in photonic spectral analysis and differential photonic detection.
  • optical detectors are made up of elements used to convert a stream of photons into electric current and / or electric charge to produce a signal.
  • the intensity of the current produced or of the charge generated depends on many parameters and mainly on the intrinsic characteristics of the photosensitive element and on the spectral content of the light flux.
  • spectral response curve giving its characteristic response curve and / or its sensitivity as a function of the frequency of the incident light radiation.
  • Optical vacuum detectors, of the electron photomultiplier type generally do not allow a uniform response between the near ultraviolet (190 nanometers) and the near infrared (1.3 micrometer).
  • This filtering can be obtained by a surface treatment of the detector making it possible to attenuate or suppress the response of a block of photosensitive elements for certain areas of the spectrum.
  • This surface treatment which generally affects a block of detector elements, leads to a significant attenuation in the bandwidth which limits the dynamic range of the detector.
  • optical imager of this type is described in American patent application US-A-4,438,455.
  • This imager comprises three layers each sensitive to a different wavelength range, for example located in green, red and blue.
  • the layers are practically transparent to other wavelengths.
  • Detectors of the charge transfer type also make it possible to produce photosensitive matrix structures.
  • the signal generated by each detector element in a matrix structure must be conditioned in an electronic stage called "driver" or conditioner.
  • the output of the conditioner is connected to an analog / digital circuit which can be used in a computer device for further signal processing. Synchronization signals with the conditioner and the converter make it possible to correlate a measured value to a particular detector element of the matrix structure.
  • These devices produced from semiconductors include electronic junctions produced by assembling structures comprising doped materials. Doping makes it possible to produce structures conventionally called N or P depending on the dopant. Conventionally, silicon is used as a semiconductor and its oxides as an insulator. However, depending on the characteristics sought, other materials can be used, for example germanium or gallium arsenide.
  • the present invention proposes to resolve these drawbacks and to increase the precision of the results of the measurements in an optical microsensor consisting of a polychromator or a small imager in which the device of sensitive elements is integrated.
  • the multiwavelength optical microsensor comprises a set of detector elements and at least one signal conditioner, the detector elements comprising electronic junctions produced by assembling structures comprising doped materials. It also proposes to produce a sensor which can be used in practically any application by making only modifications of software which manages the measurements carried out by the sensor.
  • a microsensor as defined in the preamble and characterized in that the modification of the intrinsic characteristics is obtained by modification of the junction depth.
  • at least one subset of detector elements is made up of "blind" detector elements by masking.
  • the detector elements of the same sub-assembly are grouped in the same area of the microsensor.
  • the detector elements of several sub-assemblies are distributed periodically in the microsensor.
  • the conditioner is arranged to allow to choose individually, which detector elements are used to carry out a measurement and which detector elements are not used. It can also be arranged to measure the intensity of the detector elements in any order, this order being able to be chosen by a user. Finally, it can be arranged to individually determine the measurement time for each detector element.
  • the conditioner is arranged to linearize the spectral response of the microsensor.
  • the microsensor further comprises at least one analog / digital converter. It can also include digital computing means.
  • the microsensor comprises at least two groups of detector elements, the calculation means being arranged to carry out operations on the basis of the results of the measurements of these groups of detector elements.
  • These operations can be at least one of the following operations: addition, subtraction, multiplication, division, Fourier transform, use of a random or pseudo-random function.
  • the detector elements, the conditioner and the calculation means are arranged on the same support.
  • the microsensor advantageously comprises a connector arranged to transmit signals to a data processing device.
  • This microsensor can be incorporated into a polychromator.
  • the object of the invention is also achieved by a polychromator characterized in that it comprises a microsensor according to the present invention, to form an electronic eye.
  • a polychromator as defined above, characterized in that it comprises a microcomputer having predetermined calculation functions discriminating for the recognition of colors.
  • the microsensor comprises at least two subsets of detector elements, each of the subsets having a specific spectral response, the specific spectral response being obtained by modification of the intrinsic characteristics of the detector elements during the production of the device.
  • specific spectral response means that the spectral responses of the various subsets are different from each other, certain specific spectral zones being able to overlap or not with equal sensitivity or not.
  • the following means can be used alone or according to all their possible technical combinations, are used: the modification of the intrinsic characteristics is obtained by modification of the doping of the materials, the modification of the intrinsic characteristics is obtained by modification of the junction depth, - at least one subset consists of detector elements
  • the matrix microsensor is one-dimensional, the matrix microsensor is produced by stacking layers of detector elements, - the matrix microsensor is therefore three-dimensional, the matrix microsensor comprises two subsets of elements detectors, the matrix microsensor comprises three subsets of detector elements, - the matrix microsensor comprises more than three subsets of detector elements, one subset has a spectral response limited to ultraviolet radiation, the spectral response limited to radiation ultraviolet is approximately between X and Y, a subset has a spectral response limited to visible radiation, the spectral response limited to visible radiation is approximately between X and Y, - a subset has a limited response to infrared , the spectral response limited to infrared is approximately between X and Y, a penny s-set has a spectral response limited to green, the spectral response limited to green is approximately between X and Y, a subset has a spectral response limited to red, the spectral response limited to red is approximately between
  • the present invention also relates to a digital spectrometer.
  • the digital spectrometer includes a microsensor according to one or more of the preceding characteristics, possibly combined.
  • the present invention makes it possible to obtain specific spectral responses by modifying the intrinsic and therefore internal properties of the elements.
  • detectors The microsensor of the invention allows spectrophotometry devices to be produced simply. It can for example be used in fluorimeters, "tasters” of food products, drinks or fruits for example, “electronic eye” reflectometers for color recognition.
  • FIG. 1 represents a distribution of sub-sets of detector elements by grouping
  • FIG. 2 shows a first example of periodic distribution of the subsets of detector elements
  • FIG. 3 represents a second example of periodic distribution of sub-assemblies of detector elements
  • FIG. 4 represents a third example of periodic distribution of sub-assemblies of detector elements
  • FIG. 5 schematically represents a microsensor comprising photosensitive elements, an analog / digital conversion arrangement and a digital calculation means
  • Figure 6 is a schematic sectional view of the sensor element of Figure 1;
  • Figure 7 is a schematic sectional view of the sensor element of Figure 2;
  • Figures 8 to 11 illustrate four embodiments of microsensors according to the invention.
  • a one-dimensional matrix detector 1 comprising a line of detector elements 10 is shown.
  • a conditioner 20 makes it possible to condition and select a particular element, for example 11, of the detector from among all of the elements.
  • the conditioner is a circuit comprising for example a serializing multiplexer.
  • S 4 sub-sets of detector elements corresponding to a “blind” sub-set by masking and to three specific spectral bands and for example, infrared, visible and the ultraviolet.
  • the first subset has L> 0 detector elements AL..AL.
  • the second subset has M> 0 detector elements B1 ... BM.
  • the third subset includes N> 0 detector elements C1 ... CN.
  • the fourth subset has P> 0 detector elements D1 ... DP.
  • the detector elements of the same sub-assembly are grouped together in the same area of the microsensor.
  • the blind elements allow a measurement of the device's own noise.
  • the elements are made "blind" by surface treatment producing a layer which does not allow the transmission of light waves.
  • FIG. 2 a one-dimensional matrix detector comprising a line of detector elements is shown.
  • S 3 of detector elements corresponding to three specific spectral bands and for example red, blue, green.
  • FIG. 3 represents a one-dimensional matrix detector comprising a line of detector elements.
  • S 3 of detector elements corresponding to three specific spectral bands and for example red, blue, green.
  • the distribution is periodic and for each period, i> 0 detector elements of the first subset A, j> 0 detector elements of the second subset B, k> 0 detector elements of the third subset C, are produced.
  • the number of elements per period is therefore i + j + k.
  • all the rows of a column row microsensor have the same distribution of the sub-assemblies. It is however envisaged to shift cyclically from one line to the next the sub-assemblies as represented by FIG. 4, where the line x column conditioner makes it possible to select the element.
  • FIG. 5 diagrammatically represents a microsensor 1 comprising an analog / digital converter 30 and a digital calculation means 40.
  • the control orders and the results of the calculations are exchanged on an interface 41.
  • the microsensor comprises its conditioner 20 which makes it possible to select from the row x column matrix 13 of all the detector elements, an element 10 Ci, j.
  • the interface is connected to a computer, micro- computer or any other viewing device. However, it is envisaged that a network or modem type connection means will be interposed.
  • Figure 6 schematically illustrates the device of Figure 1. It comprises a support 50 of a semiconductor material such as silicon.
  • the detector elements 10, which are photodiodes, are formed by holes in the support. These holes have substantially the shape of rectangular parallelepipeds. The surface of these holes, that is to say the product of their length and their width, determines the sensitivity of the photodiode. The depth determines the wavelength range to which the photodiode will be sensitive.
  • a group of photodiode D1-DL is sensitive to a wavelength range, for example located in the infrared.
  • Photodiodes B1-BL are sensitive to visible light and diodes A1-AL are sensitive to ultraviolet.
  • the detector elements 10 are distributed in a similar manner to the distribution in FIG. 2.
  • FIG. 8 illustrates an embodiment in which the support 50 comprises a group of detector elements 10 produced in the form of a strip 51 of photodiodes and a conditioner 20.
  • the conditioner 20 can address any photodiode of the array 51, in any order. This is particularly important for various reasons. On the one hand, this makes it possible to select, among all the photodiodes available, those which are sensitive to the wavelengths which it is desired to detect. This allows the same detector to be used for practically any application, whether the wavelengths sought are in the ultraviolet, in the infrared or in any frequency.
  • FIG. 9 illustrates an embodiment of a sensor containing two arrays 51 of photodiodes associated with the conditioner 20.
  • the existence of the two arrays makes it possible to carry out differential measurements. This finds particular application during the analysis of a beam reflected on a network. The reflection creates harmonics which add to the original signal and distort the measurement.
  • By making a differential measurement between the direct beam received by one of the photodiode bars and the beam reflected on the other photodiode bar it is possible to eliminate second order harmonics. This significantly increases the rejection rate of the sensor.
  • FIG. 10 illustrates an embodiment in which the support 50 containing the two photodiode arrays 51 also contains an analog / digital converter 30. This makes it possible to connect the support, via an appropriate connector, to a computer such than a computer that can process the analyzed signals.
  • a computer such than a computer that can process the analyzed signals.
  • the integration of different components allow a particularly simple implementation of the device.
  • FIG. 11 illustrates an alternative embodiment in which the support also contains a calculation means 40.
  • This makes it possible to perform a certain number of operations on the signals coming from the two photodiode arrays 51. These operations are in particular addition, subtraction, division and multiplication. They can also be a Fourrier transform or a random or pseudo-random function. This is particularly interesting because such a function makes optical encryption extremely difficult to decode.
  • Decoding can be carried out by means of a key which can be contained in a single sensor, or in several, which makes it possible to decode images transmitted for example in the form of an electronic file.
  • a two-dimensional device row x column and two or more of four subsets can be made.
  • the more energetic ultraviolet photon is absorbed by the deepest holes and the less energetic infrared photon by the shallow holes, producing the same response in the sensitive element object of this invention as a three-dimensional detector.
  • the modification of the intrinsic characteristics of the various detectors is substantially regular along a line or line x column in order to obtain a device making it possible to obtain a finer spectral resolution.
  • the dopant level can vary linearly or according to another curve, along the device and for example by tilting the silicon wafer relative to a source projecting a dopant. .
  • further processing of the signal makes it possible to eliminate the overlapping zones step by step and to obtain values according to the fine spectral resolution.
  • a first subset is sensitive between 400 nm and 600 nm
  • a second between 400 nm and 500 nm
  • the differential processing of the two signals makes it possible to obtain a corrected value for the band between 500 nm and 600 nm.

Abstract

The invention concerns a multiwavelength matrix optical microsensor comprising a set of sensing elements (1) and at least one signal conditioner (20). The sensing elements (11) comprise electronic junctions produced by assembling structures, said structures comprising doped materials. The microsensor further comprises at least two sub-sets (10) of sensing elements, each of the sub-sets having a specific spectral response. The specific spectral response is obtained by modifying the machining depth of the sensing elements when the device is being manufactured.

Description

MICROCAPTEUR OPTIQUE MULTILONGUEURS D'ONDE,MULTI-WAVELENGTH OPTICAL MICROSENSOR,
SPECTROPHOTOMETRE NUMERIQUE ET POLYCHROMATEURDIGITAL SPECTROPHOTOMETER AND POLYCHROMATOR
Domaine techniqueTechnical area
La présente invention concerne un microcapteur optique matriciel multilongueurs d'onde comportant un ensemble d'éléments détecteurs et au moins un conditionneur de signal, les éléments détecteurs comportant des jonctions électroniques réalisées par assemblage de structures, lesdites structures comportant des matériaux dopés, le microcapteur comportant au moins deux sous-ensembles d'éléments détecteurs, chacun des sous- ensembles ayant une réponse spectrale spécifique, la réponse spectrale spécifique étant obtenue par modification des caractéristiques intrinsèques des éléments détecteurs lors de la réalisation du dispositif.The present invention relates to a multi-wavelength matrix optical microsensor comprising a set of detector elements and at least one signal conditioner, the detector elements comprising electronic junctions produced by assembling structures, said structures comprising doped materials, the microsensor comprising at least two subsets of detector elements, each of the subsets having a specific spectral response, the specific spectral response being obtained by modification of the intrinsic characteristics of the detector elements during the production of the device.
Elle concerne également un polychromateur et notamment un polychromateur à électronique intégrée. Elle concerne en outre un spectrophotomètre numérique correspondant. Elle a des applications dans l'analyse spectrale photonique et la détection spectrale photonique différentielle.It also relates to a polychromator and in particular a polychromator with integrated electronics. It further relates to a corresponding digital spectrophotometer. It has applications in photonic spectral analysis and differential photonic detection.
Technique antérieurePrior art
Les détecteurs optiques classiques sont constitués d'éléments permettant de convertir un flux de photons en courant électrique et/ou en charge électrique pour produire un signal. L'intensité du courant produit ou de la charge générée dépend de nombreux paramètres et principalement des caractéristiques intrinsèques de l'élément photosensible et du contenu spectral du flux lumineux. Afin de caractériser un type de détecteur ou un détecteur en particulier, on se réfère principalement à sa courbe de réponse spectrale donnant sa courbe caractéristique de réponse et/ou sa sensibilité en fonction de la fréquence de la radiation lumineuse incidente. Les détecteurs optiques à vide, du type photomultiplicateur d'électrons, ne permettent pas, en général, d'avoir une réponse uniforme entre l'ultraviolet proche (190 nanomètres) et le proche infrarouge (1,3 micromètre). Il est cependant possible de remédier à cet inconvénient et de linéariser partiellement la courbe de réponse des photomultiplicateurs d'électrons en effectuant un traitement physico-chimique de la photocathode et/ou en effectuant des corrections en aval lors du traitement du signal. Ces dispositifs sont essentiellement utilisés dans les monochromateurs à défilement mécanique.Conventional optical detectors are made up of elements used to convert a stream of photons into electric current and / or electric charge to produce a signal. The intensity of the current produced or of the charge generated depends on many parameters and mainly on the intrinsic characteristics of the photosensitive element and on the spectral content of the light flux. In order to characterize a type of detector or a particular detector, we mainly refer to its spectral response curve giving its characteristic response curve and / or its sensitivity as a function of the frequency of the incident light radiation. Optical vacuum detectors, of the electron photomultiplier type, generally do not allow a uniform response between the near ultraviolet (190 nanometers) and the near infrared (1.3 micrometer). It is however possible to remedy this drawback and to partially linearize the response curve of the electron photomultipliers by carrying out physicochemical processing of the photocathode and / or by performing downstream corrections during signal processing. These devices are mainly used in mechanical scroll monochromators.
Plus récemment sont apparus des détecteurs solides permettant de réaliser simplement des structures matricielles comportant une multitude d'éléments détecteurs individuels de taille réduite. Ces structures sont généralement à une dimension (ligne), ou à deux dimensions (lignes et colonnes). Le long d'une ligne et/ou d'une colonne sont répartis un ensemble d'éléments détecteurs individuels. Ces structures matricielles sont réalisées à partir d'une tranche de matériau généralement semi-conducteur. On peut citer à titre d'exemple les détecteurs du type photodiode sur silicium utilisés dans ce qu'il est convenu d'appeler les polychromateurs ou imageurs optiques. Dans ces applications, un filtrage optique est nécessaire entre la source lumineuse et le détecteur afin de sélectionner et d'améliorer la réponse spectrale des détecteurs. Ce filtrage peut être obtenu par un traitement de surface du détecteur permettant d'atténuer ou de supprimer la réponse d'un bloc d'éléments photosensibles pour certaines zones du spectre. Ce traitement de surface qui affecte généralement un bloc d'éléments détecteurs, entraîne une atténuation non négligeable dans la bande passante qui limite la dynamique du détecteur.More recently, solid detectors have appeared, making it possible to simply produce matrix structures comprising a multitude of individual detector elements of reduced size. These structures are generally one-dimensional (row), or two-dimensional (rows and columns). Along a line and / or a column are distributed a set of individual detector elements. These matrix structures are produced from a wafer of generally semiconductor material. By way of example, mention may be made of detectors of the photodiode on silicon type used in what is known as polychromators or optical imagers. In these applications, optical filtering is necessary between the light source and the detector in order to select and improve the spectral response of the detectors. This filtering can be obtained by a surface treatment of the detector making it possible to attenuate or suppress the response of a block of photosensitive elements for certain areas of the spectrum. This surface treatment, which generally affects a block of detector elements, leads to a significant attenuation in the bandwidth which limits the dynamic range of the detector.
Un imageur optique de ce type est décrit dans la demande de brevet américain US-A-4 438 455. Cet imageur comporte trois couches sensibles chacune à une gamme de longueur d'onde différente, par exemple située dans le vert, le rouge et le bleu. Les couches sont pratiquement transparentes aux autres longueurs d'ondes.An optical imager of this type is described in American patent application US-A-4,438,455. This imager comprises three layers each sensitive to a different wavelength range, for example located in green, red and blue. The layers are practically transparent to other wavelengths.
La demande internationale de brevet WO 99-19912 décrit un dispositif similaire au précédent, utilisant les propriétés des couches minces comme filtre.The international patent application WO 99-19912 describes a device similar to the previous one, using the properties of thin layers as a filter.
Les détecteurs du type à transfert de charge permettent également la réalisation de structures matricielles photosensibles.Detectors of the charge transfer type also make it possible to produce photosensitive matrix structures.
Le signal généré par chaque élément détecteur dans une structure matricielle doit être conditionné dans un étage électronique appelé " driver " ou conditionneur. Dans les applications courantes, la sortie du conditionneur est reliée à un circuit analogique/numérique qui peut être utilisé dans un appareil informatique pour un traitement ultérieur du signal. Des signaux de synchronisation avec le conditionneur et le convertisseur permettent de corréler une valeur mesurée à un élément détecteur particulier de la structure matricielle.The signal generated by each detector element in a matrix structure must be conditioned in an electronic stage called "driver" or conditioner. In common applications, the output of the conditioner is connected to an analog / digital circuit which can be used in a computer device for further signal processing. Synchronization signals with the conditioner and the converter make it possible to correlate a measured value to a particular detector element of the matrix structure.
Ces dispositifs réalisés à partir de semi-conducteurs comportent des jonctions électroniques réalisées par assemblage de structures comportant des matériaux dopés. Le dopage permet de réaliser des structures classiquement appelées N ou P selon le dopant. On utilise classiquement le silicium comme semi-conducteur ainsi que ses oxydes comme isolant. Cependant, en fonction des caractéristiques recherchées, d'autres matériaux peuvent être utilisés et par exemple le germanium ou l'arséniure de gallium.These devices produced from semiconductors include electronic junctions produced by assembling structures comprising doped materials. Doping makes it possible to produce structures conventionally called N or P depending on the dopant. Conventionally, silicon is used as a semiconductor and its oxides as an insulator. However, depending on the characteristics sought, other materials can be used, for example germanium or gallium arsenide.
Ces dispositifs sont cependant complexes car les détecteurs, conditionneurs et convertisseurs analogique/numérique sont généralement des structures distinctes et séparées. En conséquence, la fréquence maximale d'utilisation est limitée par les temps de propagation et le signal est dégradé lors de la transmission entre les différents circuits. Par ailleurs, le traitement superficiel pour la réalisation d'un filtre optique de surface ne permet pas d'obtenir des dispositifs reproductibles et réduit la sensibilité par l'atténuation qu'il apporte dans la bande passante.These devices are however complex because the detectors, conditioners and analog / digital converters are generally distinct and separate structures. Consequently, the maximum frequency of use is limited by the propagation times and the signal is degraded during the transmission between the different circuits. In addition, the surface treatment for producing an optical surface filter does not make it possible to obtain reproducible devices and reduces the sensitivity by the attenuation which it provides in the passband.
Un autre inconvénient de ces détecteurs vient du fait qu'ils doivent être réalisés spécifiquement pour l'application dans laquelle ils sont prévus. En effet, chaque couche a des caractéristiques physiques définies lors de la fabrication et ne peuvent pas être modifiées. De plus, la lecture de chaque photodiode doit se faire dans un ordre imposé par le driver. Cet ordre ne peut pas être modifié. Ceci implique qu'il n'est pas possible de modifier la réponse du capteur en fonction du signal d'entrée. Il est possible que certaines longueurs d'ondes ne soient pas détectées parce que leur intensité est trop faible par rapport à l'intensité d'autres longueurs d'ondes.Another disadvantage of these detectors comes from the fact that they must be made specifically for the application in which they are intended. Indeed, each layer has physical characteristics defined during manufacture and cannot be modified. In addition, the reading of each photodiode must be done in an order imposed by the driver. This order cannot be changed. This implies that it is not possible to modify the response of the sensor according to the input signal. Some wavelengths may not be detected because their intensity is too low compared to the intensity of other wavelengths.
Exposé de l'inventionStatement of the invention
La présente invention se propose de résoudre ces inconvénients et d'augmenter la précision des résultats des mesures dans un microcapteur optique constitué par un polychromateur ou un imageur de petite dimension dans lequel est intégré le dispositif d'éléments sensibles. A cette fin, le microcapteur optique multilongueurs d'onde comporte un ensemble d'éléments détecteurs et au moins un conditionneur de signal, les éléments détecteurs comportant des jonctions électroniques réalisées par assemblage de structures comportant des matériaux dopés. Elle se propose également de réaliser un capteur qui puisse être utilisé dans pratiquement n'importe quelle application en réalisant uniquement des modifications d'un logiciel qui gère les mesures réalisées par le capteur.The present invention proposes to resolve these drawbacks and to increase the precision of the results of the measurements in an optical microsensor consisting of a polychromator or a small imager in which the device of sensitive elements is integrated. To this end, the multiwavelength optical microsensor comprises a set of detector elements and at least one signal conditioner, the detector elements comprising electronic junctions produced by assembling structures comprising doped materials. It also proposes to produce a sensor which can be used in practically any application by making only modifications of software which manages the measurements carried out by the sensor.
Les buts de l'invention sont atteints par un microcapteur tel que défini en préambule et caractérisé en ce que la modification des caractéristiques intrinsèques est obtenue par modification de la profondeur de jonction. Selon une forme de réalisation préférée, au moins un sous-ensemble d'éléments détecteurs est constitué d'éléments détecteurs "aveugles" par masquage.The objects of the invention are achieved by a microsensor as defined in the preamble and characterized in that the modification of the intrinsic characteristics is obtained by modification of the junction depth. According to a preferred embodiment, at least one subset of detector elements is made up of "blind" detector elements by masking.
Selon un premier mode de réalisation, les éléments détecteurs d'un même sous-ensemble sont regroupés dans une même zone du microcapteur.According to a first embodiment, the detector elements of the same sub-assembly are grouped in the same area of the microsensor.
Selon un deuxième mode de réalisation, les éléments détecteurs de plusieurs sous-ensembles sont répartis périodiquement dans le microcapteur.According to a second embodiment, the detector elements of several sub-assemblies are distributed periodically in the microsensor.
Selon une forme de réalisation avantageuse, le conditionneur est agencé pour permettre de choisir de façon individuelle, quels éléments détecteurs sont utilisés pour effectuer une mesure et quels éléments détecteurs ne sont pas utilisés. Il peut également être agencé pour mesurer l'intensité des éléments détecteurs dans n'importe quel ordre, cet ordre pouvant être choisi par un utilisateur. Finalement, il peut être agencé pour déterminer individuellement la durée de mesure pour chaque élément détecteur.According to an advantageous embodiment, the conditioner is arranged to allow to choose individually, which detector elements are used to carry out a measurement and which detector elements are not used. It can also be arranged to measure the intensity of the detector elements in any order, this order being able to be chosen by a user. Finally, it can be arranged to individually determine the measurement time for each detector element.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le conditionneur est agencé pour linéariser la réponse spectrale du microcapteur.According to a particular embodiment of the invention, the conditioner is arranged to linearize the spectral response of the microsensor.
Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le microcapteur comporte en outre au moins un convertisseur analogique/numérique. Il peut en outre comporter des moyens de calcul numérique.According to a preferred embodiment of the invention, the microsensor further comprises at least one analog / digital converter. It can also include digital computing means.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le microcapteur comporte au moins deux groupes d'éléments détecteurs, les moyens de calcul étant agencés pour effectuer des opérations à partir des résultats des mesures de ces groupes d'éléments détecteurs. Ces opérations peuvent être au moins l'une des opérations suivantes : addition, soustraction, multiplication, division, transformée de Fourier, utilisation d'une fonction aléatoire ou pseudo-aléatoire. De façon avantageuse, les éléments détecteurs, le conditionneur et les moyens de calcul sont disposés sur un même support.According to a particularly advantageous embodiment, the microsensor comprises at least two groups of detector elements, the calculation means being arranged to carry out operations on the basis of the results of the measurements of these groups of detector elements. These operations can be at least one of the following operations: addition, subtraction, multiplication, division, Fourier transform, use of a random or pseudo-random function. Advantageously, the detector elements, the conditioner and the calculation means are arranged on the same support.
Le microcapteur comporte avantageusement un connecteur agencé pour transmettre des signaux à un dispositif de traitement de données.The microsensor advantageously comprises a connector arranged to transmit signals to a data processing device.
Ce microcapteur peut être incorporé dans un polychromateur.This microsensor can be incorporated into a polychromator.
Le but de l'invention est également atteint par un polychromateur caractérisé en ce qu'il comporte un microcapteur selon la présente invention, pour former un œil électronique.The object of the invention is also achieved by a polychromator characterized in that it comprises a microsensor according to the present invention, to form an electronic eye.
Finalement, le but de l'invention est aussi atteint par un polychromateur tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte un microcalculateur possédant des fonctions de calculs prédéterminées discriminante pour la reconnaissance des couleurs.Finally, the object of the invention is also achieved by a polychromator as defined above, characterized in that it comprises a microcomputer having predetermined calculation functions discriminating for the recognition of colors.
Selon l'invention le microcapteur comporte au moins deux sous-ensembles d'éléments détecteurs, chacun des sous-ensembles ayant une réponse spectrale spécifique, la réponse spectrale spécifique étant obtenue par modification des caractéristiques intrinsèques des éléments détecteurs lors de la réalisation du dispositif.According to the invention, the microsensor comprises at least two subsets of detector elements, each of the subsets having a specific spectral response, the specific spectral response being obtained by modification of the intrinsic characteristics of the detector elements during the production of the device.
Le terme " réponse spectrale spécifique " signifie que les réponses spectrales des divers sous-ensembles sont différentes les unes des autres, certaines zones spectrales spécifiques pouvant se recouvrir ou non à sensibilité égale ou non.The term "specific spectral response" means that the spectral responses of the various subsets are different from each other, certain specific spectral zones being able to overlap or not with equal sensitivity or not.
Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles, sont mis en œuvre : la modification des caractéristiques intrinsèques est obtenue par modification du dopage des matériaux, la modification des caractéristiques intrinsèques est obtenue par modification de la profondeur de jonction, - au moins un sous-ensemble est constitué d'éléments détecteursIn various embodiments of the invention, the following means can be used alone or according to all their possible technical combinations, are used: the modification of the intrinsic characteristics is obtained by modification of the doping of the materials, the modification of the intrinsic characteristics is obtained by modification of the junction depth, - at least one subset consists of detector elements
"aveugles" obtenus par masquage, le microcapteur matriciel est à une dimension, le microcapteur matriciel est réalisé par empilement de couches d'éléments détecteurs, - le microcapteur matriciel est donc à trois dimensions, le microcapteur matriciel comporte deux sous-ensembles d'éléments détecteurs, le microcapteur matriciel comporte trois sous-ensembles d'éléments détecteurs, - le microcapteur matriciel comporte plus de trois sous-ensembles d'éléments détecteurs, un sous-ensemble a une réponse spectrale limitée au rayonnement ultraviolet, la réponse spectrale limitée au rayonnement ultraviolet est comprise approximativement entre X et Y, un sous-ensemble a une réponse spectrale limitée au rayonnement visible, la réponse spectrale limitée au rayonnement visible est comprise approximativement entre X et Y, - un sous-ensemble a une réponse limitée à l'infrarouge, la réponse spectrale limitée à l'infrarouge est comprise approximativement entre X et Y, un sous-ensemble a une réponse spectrale limitée au vert, la réponse spectrale limitée au vert est comprise approximativement entre X et Y, un sous-ensemble a une réponse spectrale limitée au rouge, la réponse spectrale limitée au rouge est comprise approximativement entre X et Y, un sous-ensemble a une réponse spectrale limitée au bleu, la réponse spectrale limitée au bleu est comprise approximativement entre X et Y, les éléments détecteurs d'un même sous-ensemble sont regroupés dans une même zone du microcapteur, les éléments détecteurs de plusieurs sous-ensembles sont répartis dans le microcapteur, - les éléments détecteurs de plusieurs sous-ensembles sont répartis périodiquement dans le microcapteur, le microcapteur comporte en outre au moins un convertisseur analogique/numérique, le microcapteur comporte en outre des moyens de calcul numérique, - les moyens de calcul numérique sont un microprocesseur, les moyens de calcul numérique sont une unité de traitement de signaux numériques (DSP), le microcapteur comporte une unité de mémorisation permettant de stocker un programme de traitement du signal, - l'unité de mémorisation comporte au moins une mémoire choisie parmi les mémoires mortes, les mémoires vives sauvegardées, les mémoires électriquement programmables effaçables ou non, le microcapteur est incorporé dans un polychromateur."blind" obtained by masking, the matrix microsensor is one-dimensional, the matrix microsensor is produced by stacking layers of detector elements, - the matrix microsensor is therefore three-dimensional, the matrix microsensor comprises two subsets of elements detectors, the matrix microsensor comprises three subsets of detector elements, - the matrix microsensor comprises more than three subsets of detector elements, one subset has a spectral response limited to ultraviolet radiation, the spectral response limited to radiation ultraviolet is approximately between X and Y, a subset has a spectral response limited to visible radiation, the spectral response limited to visible radiation is approximately between X and Y, - a subset has a limited response to infrared , the spectral response limited to infrared is approximately between X and Y, a penny s-set has a spectral response limited to green, the spectral response limited to green is approximately between X and Y, a subset has a spectral response limited to red, the spectral response limited to red is approximately between X and Y, a subset has a spectral response limited to blue, the spectral response limited to blue is approximately between X and Y, the detector elements of the same subset are grouped together in the same area of the microsensor, the detector elements of several sub-assemblies are distributed in the microsensor, - the detector elements of several sub-assemblies are distributed periodically in the microsensor, the microsensor further comprises at least one analog / digital, the microsensor further comprises digital calculation means, - the digital calculation means are a microprocessor, the digital calculation means are a digital signal processing unit (DSP), the microsensor comprises a storage unit making it possible to store a signal processing program, the storage unit comprises at least one memory selected from read-only memories, saved live memories, electrically programmable memories that can be erased or not, the microsensor is incorporated in a polychromator.
La présente invention concerne également un spectrometre numérique. Selon l'invention, le spectrometre numérique comporte un microcapteur selon l'une ou plusieurs des caractéristiques précédentes éventuellement combinées.The present invention also relates to a digital spectrometer. According to the invention, the digital spectrometer includes a microsensor according to one or more of the preceding characteristics, possibly combined.
Ainsi, contrairement à l'état de la technique dans lequel un filtrage est effectué entre la source lumineuse et le détecteur ou en surface du détecteur, la présente invention permet d'obtenir des réponses spectrales spécifiques par modification des propriétés intrinsèques et donc internes des éléments détecteurs. Le microcapteur de l'invention permet de réaliser simplement des dispositifs de spectrophotométrie. Il peut par exemple être utilisé dans les fluorimètres, les "goûteurs" de produits alimentaires, boissons ou fruits par exemple, les réflectomètres "œil électronique" pour la reconnaissance des couleurs.Thus, unlike the state of the art in which filtering is carried out between the light source and the detector or on the surface of the detector, the present invention makes it possible to obtain specific spectral responses by modifying the intrinsic and therefore internal properties of the elements. detectors. The microsensor of the invention allows spectrophotometry devices to be produced simply. It can for example be used in fluorimeters, "tasters" of food products, drinks or fruits for example, "electronic eye" reflectometers for color recognition.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
La présente invention sera mieux comprise à la lecture d'exemples de mise en œuvre et en référence aux dessins dans lesquels :The present invention will be better understood on reading examples of implementation and with reference to the drawings in which:
la figure 1 représente une répartition de sous-ensembles d'éléments détecteurs par regroupement;FIG. 1 represents a distribution of sub-sets of detector elements by grouping;
- la figure 2 représente un premier exemple de répartition périodique des sous-ensembles d'éléments détecteurs;- Figure 2 shows a first example of periodic distribution of the subsets of detector elements;
la figure 3 représente un deuxième exemple de répartition périodique de sous-ensembles d'éléments détecteurs;FIG. 3 represents a second example of periodic distribution of sub-assemblies of detector elements;
la figure 4 représente un troisième exemple de répartition périodique de sous-ensembles d'éléments détecteurs;FIG. 4 represents a third example of periodic distribution of sub-assemblies of detector elements;
la figure 5 représente schématiquement un microcapteur comportant des éléments photosensibles, une disposition de conversion analogique/numérique et un moyen de calcul numérique;FIG. 5 schematically represents a microsensor comprising photosensitive elements, an analog / digital conversion arrangement and a digital calculation means;
la figure 6 est une vue schématique en coupe de l'élément détecteur de la figure 1 ;Figure 6 is a schematic sectional view of the sensor element of Figure 1;
la figure 7 est une vue schématique en coupe de l'élément détecteur de la figure 2; les figures 8 à 11 illustrent quatre modes de réalisation de microcapteurs selon l'invention.Figure 7 is a schematic sectional view of the sensor element of Figure 2; Figures 8 to 11 illustrate four embodiments of microsensors according to the invention.
Meilleures manières de réaliser l'inventionBest Ways to Carry Out the Invention
Sur la figure 1 , un détecteur matriciel 1 à une dimension comportant une ligne d'éléments détecteurs 10 est représenté. Un conditionneur 20 permet de conditionner et de sélectionner un élément particulier, par exemple 11 , du détecteur parmi l'ensemble des éléments. Le conditionneur est un circuit comportant par exemple un multiplexeur sérialiseur. Pour des raisons de simplifications, on considère ici simplement quatre, S = 4, sous-ensembles d'éléments détecteurs correspondant à un sous-ensemble "aveugle" par masquage et à trois bandes spectrales spécifiques et par exemple, l'infrarouge, le visible et l'ultraviolet. Le premier sous-ensemble comporte L > 0 éléments détecteurs AL..AL. Le deuxième sous-ensemble comporte M > 0 éléments détecteurs B1...BM. Le troisième sous-ensemble comporte N > 0 éléments détecteurs C1...CN. Le quatrième sous-ensemble comporte P > 0 éléments détecteurs D1...DP. Dans cette répartition, les éléments détecteurs d'un même sous-ensemble sont regroupés dans une même zone du microcapteur. Les éléments aveugles permettent une mesure du bruit propre du dispositif. Les éléments sont rendus "aveugles" par traitement de surface réalisant une couche ne permettant pas la transmission des ondes lumineuses.In FIG. 1, a one-dimensional matrix detector 1 comprising a line of detector elements 10 is shown. A conditioner 20 makes it possible to condition and select a particular element, for example 11, of the detector from among all of the elements. The conditioner is a circuit comprising for example a serializing multiplexer. For reasons of simplification, we simply consider here four, S = 4, sub-sets of detector elements corresponding to a “blind” sub-set by masking and to three specific spectral bands and for example, infrared, visible and the ultraviolet. The first subset has L> 0 detector elements AL..AL. The second subset has M> 0 detector elements B1 ... BM. The third subset includes N> 0 detector elements C1 ... CN. The fourth subset has P> 0 detector elements D1 ... DP. In this distribution, the detector elements of the same sub-assembly are grouped together in the same area of the microsensor. The blind elements allow a measurement of the device's own noise. The elements are made "blind" by surface treatment producing a layer which does not allow the transmission of light waves.
Sur la figure 2, un détecteur matriciel à une dimension comportant une ligne d'éléments détecteurs est représenté. Pour des raisons de simplifications, on considère ici simplement trois sous-ensembles, S=3, d'éléments détecteurs correspondant à trois bandes spectrales spécifiques et par exemple rouge, bleu, vert. La répartition est périodique et pour chaque période élémentaire, un seul, n=1 , élément détecteur par sous-ensemble est réalisé. Le nombre d'éléments par période est donc de n x S = 3. La figure 3 représente un détecteur matriciel à une dimension comportant une ligne d'éléments détecteurs. Pour des raisons de simplifications, on considère ici simplement trois sous-ensembles, S=3, d'éléments détecteurs correspondant à trois bandes spectrales spécifiques et par exemple rouge, bleu, vert. La répartition est périodique et pour chaque période, i > 0 éléments détecteurs du premier sous-ensemble A, j > 0 éléments détecteurs du deuxième sous-ensemble B, k > 0 éléments détecteurs du troisième sous- ensemble C, sont réalisés. Le nombre d'éléments par période est donc de i+j+k. Les valeurs de i, j, k peuvent être quelconques les unes relativement aux autres, mais dans un mode préféré de réalisation on prendra i=j=k. Cependant dans le cas où la sensibilité des éléments détecteurs d'un premier sous ensemble est plus faible que celle d'un autre sous-ensemble, il est envisagé d'augmenter le nombre d'éléments pour ce premier sous ensemble dans la période.In FIG. 2, a one-dimensional matrix detector comprising a line of detector elements is shown. For reasons of simplification, we simply consider here three subsets, S = 3, of detector elements corresponding to three specific spectral bands and for example red, blue, green. The distribution is periodic and for each elementary period, only one, n = 1, detector element per subset is produced. The number of elements per period is therefore nx S = 3. FIG. 3 represents a one-dimensional matrix detector comprising a line of detector elements. For reasons of simplification, we simply consider here three subsets, S = 3, of detector elements corresponding to three specific spectral bands and for example red, blue, green. The distribution is periodic and for each period, i> 0 detector elements of the first subset A, j> 0 detector elements of the second subset B, k> 0 detector elements of the third subset C, are produced. The number of elements per period is therefore i + j + k. The values of i, j, k can be any relative to one another, but in a preferred embodiment we will take i = j = k. However, in the case where the sensitivity of the detector elements of a first subset is lower than that of another subset, it is envisaged to increase the number of elements for this first subset in the period.
Dans le cas d'un microcapteur comportant plusieurs lignes en parallèles et formant donc une matrice ligne x colonne, les dispositions précédentes pourront être combinées selon toutes les possibilités techniquement possibles. Dans un mode préféré de réalisation, toutes les lignes d'un microcapteur ligne colonne ont la même répartition des sous-ensembles. Il est cependant envisagé de décaler cycliquement d'une ligne à la suivante les sous-ensembles comme représenté par la figure 4, où le conditionneur ligne x colonne permet de sélectionner l'élément .In the case of a microsensor comprising several lines in parallel and therefore forming a row x column matrix, the preceding arrangements may be combined according to all the technically possible possibilities. In a preferred embodiment, all the rows of a column row microsensor have the same distribution of the sub-assemblies. It is however envisaged to shift cyclically from one line to the next the sub-assemblies as represented by FIG. 4, where the line x column conditioner makes it possible to select the element.
La figure 5 représente schématiquement un microcapteur 1 comportant un convertisseur analogique/numérique 30 et un moyen de calcul numérique 40. Les ordres de commande et les résultats des calculs sont échangés sur une interface 41. Le microcapteur comporte son conditionneur 20 qui permet de sélectionner dans la matrice ligne x colonne 13 de l'ensemble des éléments détecteurs, un élément 10 Ci,j. L'interface est reliée à un ordinateur, micro- ordinateur ou à tout autre dispositif de visualisation. Il est cependant envisagé qu'un moyen de liaison type réseau ou modem soit interposé.FIG. 5 diagrammatically represents a microsensor 1 comprising an analog / digital converter 30 and a digital calculation means 40. The control orders and the results of the calculations are exchanged on an interface 41. The microsensor comprises its conditioner 20 which makes it possible to select from the row x column matrix 13 of all the detector elements, an element 10 Ci, j. The interface is connected to a computer, micro- computer or any other viewing device. However, it is envisaged that a network or modem type connection means will be interposed.
La figure 6 illustre de façon schématique le dispositif de la figure 1. Celui-ci comporte un support 50 en un matériau semi-conducteur tel que le silicium. Les éléments détecteurs 10, qui sont des photodiodes, sont formés par des trous dans le support. Ces trous ont sensiblement la forme de parallélépipèdes rectangles. La surface de ces trous, c'est-à-dire le produit de leur longueur par leur largeur détermine la sensibilité de la photodiode. La profondeur détermine la gamme de longueur d'onde à laquelle la photodiode sera sensible.Figure 6 schematically illustrates the device of Figure 1. It comprises a support 50 of a semiconductor material such as silicon. The detector elements 10, which are photodiodes, are formed by holes in the support. These holes have substantially the shape of rectangular parallelepipeds. The surface of these holes, that is to say the product of their length and their width, determines the sensitivity of the photodiode. The depth determines the wavelength range to which the photodiode will be sensitive.
Ces trous sont réalisés selon différents procédés bien connus de l'homme du métier, notamment par usinage.These holes are produced according to various methods well known to those skilled in the art, in particular by machining.
Dans l'exemple illustré par la figure 6, un groupe de photodiode D1-DL est sensible à une gamme de longueur d'onde par exemple située dans l'infrarouge. Les photodiodes B1-BL sont sensibles à la lumière visible et les diodes A1-AL sont sensibles aux ultraviolets.In the example illustrated in FIG. 6, a group of photodiode D1-DL is sensitive to a wavelength range, for example located in the infrared. Photodiodes B1-BL are sensitive to visible light and diodes A1-AL are sensitive to ultraviolet.
Dans l'exemple illustré par la figure 7, les éléments détecteurs 10 sont répartis de façon similaire à la répartition de la figure 2.In the example illustrated in FIG. 7, the detector elements 10 are distributed in a similar manner to the distribution in FIG. 2.
La figure 8 illustre un mode de réalisation dans lequel le support 50 comporte un groupe d'éléments détecteurs 10 réalisés sous la forme d'une barrette 51 de photodiodes et un conditionneur 20.FIG. 8 illustrates an embodiment in which the support 50 comprises a group of detector elements 10 produced in the form of a strip 51 of photodiodes and a conditioner 20.
Comme cela est expliqué en référence à la figure 4, le conditionneur 20 peut adresser n'importe quelle photodiode de la barrette 51 , dans n'importe quel ordre. Ceci est particulièrement important pour différentes raisons. D'une part cela permet de sélectionner, parmi toutes les photodiodes disponibles, celles qui sont sensibles aux longueurs d'ondes que l'on souhaite détecter. Ceci permet d'utiliser un même détecteur pour pratiquement n'importe quelle application, que les longueurs d'ondes recherchées soient dans l'ultraviolet, dans l'infrarouge ou dans n'importe quelle fréquence.As explained with reference to FIG. 4, the conditioner 20 can address any photodiode of the array 51, in any order. This is particularly important for various reasons. On the one hand, this makes it possible to select, among all the photodiodes available, those which are sensitive to the wavelengths which it is desired to detect. This allows the same detector to be used for practically any application, whether the wavelengths sought are in the ultraviolet, in the infrared or in any frequency.
Cela permet également de sélectionner, dans un spectre lumineux, la plage de fréquence dans laquelle une détection est souhaitée, les photodiodes sensibles aux autres longueurs d'ondes n'étant pas activées.This also makes it possible to select, in a light spectrum, the frequency range in which detection is desired, the photodiodes sensitive to other wavelengths not being activated.
D'autre part, pour chaque photodiode, il est possible d'effectuer une mesure pendant un temps déterminé de façon individuelle. Ceci permet de traiter le signal dans le détecteur afin d'augmenter l'intensité de la réponse dans les zones de spectre ayant une faible intensité d'émission et de diminuer la réponse dans les zones à forte intensité d'émission. Ceci permet de linéariser le signal et d'optimiser ainsi la sensibilité du microcapteur.On the other hand, for each photodiode, it is possible to carry out a measurement for a time determined individually. This makes it possible to process the signal in the detector in order to increase the intensity of the response in the areas of spectrum having a low emission intensity and to decrease the response in the areas with high emission intensity. This makes it possible to linearize the signal and thus optimize the sensitivity of the microsensor.
La figure 9 illustre un mode de réalisation d'un capteur contenant deux barrettes 51 de photodiodes associées au conditionneur 20. L'existence des deux barrettes permet d'effectuer des mesures différentielles. Ceci trouve notamment une application lors de l'analyse d'un faisceau réfléchi sur un réseau. La réflexion crée des harmoniques qui s'ajoutent au signal d'origine et faussent la mesure. En effectuant une mesure différentielle entre le faisceau directe reçu par l'une des barrettes de photodiode et le faisceau réfléchi sur l'autre barrette de photodiode, il est possible d'éliminer les harmoniques du deuxième ordre. Ceci permet d'augmenter de façon sensible le taux de réjection du capteur.FIG. 9 illustrates an embodiment of a sensor containing two arrays 51 of photodiodes associated with the conditioner 20. The existence of the two arrays makes it possible to carry out differential measurements. This finds particular application during the analysis of a beam reflected on a network. The reflection creates harmonics which add to the original signal and distort the measurement. By making a differential measurement between the direct beam received by one of the photodiode bars and the beam reflected on the other photodiode bar, it is possible to eliminate second order harmonics. This significantly increases the rejection rate of the sensor.
La figure 10 illustre un mode de réalisation dans lequel le support 50 contenant les deux barrettes 51 de photodiode contient également un convertisseur analogique/numérique 30. Ceci permet de connecter le support, par l'intermédiaire d'un connecteur approprié, à un calculateur tel qu'un ordinateur qui permet de traiter les signaux analysés. L'intégration de différents composants permet une mise en œuvre particulièrement simple du dispositif.FIG. 10 illustrates an embodiment in which the support 50 containing the two photodiode arrays 51 also contains an analog / digital converter 30. This makes it possible to connect the support, via an appropriate connector, to a computer such than a computer that can process the analyzed signals. The integration of different components allow a particularly simple implementation of the device.
La figure 11 illustre une variante de réalisation dans laquelle le support contient en outre un moyen de calcul 40. Celui-ci permet d'effectuer un certain nombre d'opérations sur les signaux provenant des deux barrettes 51 de photodiode. Ces opérations sont en particulier l'addition, la soustraction, la division et la multiplication. Elles peuvent également être une transformée de Fourrier ou une fonction aléatoire ou pseudo aléatoire. Ceci est particulièrement intéressant parce qu'une telle fonction permet un cryptage optique extrêmement difficile à décoder. Le décodage peut être effectué au moyen d'une clé qui peut être contenue dans un seul capteur, ou dans plusieurs, ce qui permet de décoder des images transmises par exemple sous forme de fichier électronique.FIG. 11 illustrates an alternative embodiment in which the support also contains a calculation means 40. This makes it possible to perform a certain number of operations on the signals coming from the two photodiode arrays 51. These operations are in particular addition, subtraction, division and multiplication. They can also be a Fourrier transform or a random or pseudo-random function. This is particularly interesting because such a function makes optical encryption extremely difficult to decode. Decoding can be carried out by means of a key which can be contained in a single sensor, or in several, which makes it possible to decode images transmitted for example in the form of an electronic file.
Les exemples donnés sont simplement illustratifs et non limitatifs. Au lieu d'une seule dimension, ligne, et de trois ou quatre sous ensembles, un dispositif à deux dimensions ligne x colonne et deux ou plus de quatre sous ensembles peuvent être réalisés. Le photon ultraviolet plus énergétique est absorbé par les trous les plus profonds et le photon infrarouge moins énergétique par les trous les moins profonds, produisant la même réponse dans l'élément sensible faisant l'objet de cette invention qu'un détecteur à trois dimensions.The examples given are merely illustrative and not limiting. Instead of a single dimension, row, and three or four subsets, a two-dimensional device row x column and two or more of four subsets can be made. The more energetic ultraviolet photon is absorbed by the deepest holes and the less energetic infrared photon by the shallow holes, producing the same response in the sensitive element object of this invention as a three-dimensional detector.
II est aussi envisagé que la modification des caractéristiques intrinsèques des différents détecteurs soit sensiblement régulière le long d'une ligne ou ligne x colonne afin d'obtenir un dispositif permettant d'obtenir une résolution spectrale plus fine. Par exemple, lors de la modification des caractéristiques intrinsèques par action sur le dopage, le taux de dopant peut varier linéairement ou selon une autre courbe, le long du dispositif et par exemple en inclinant la tranche de silicium par rapport à une source projetant un dopant. Dans le cas où les réponses spectrales se chevauchent partiellement, un traitement ultérieur du signal permet d'éliminer de proche en proche les zones de chevauchement des bandes et d'obtenir des valeurs selon la résolution spectrale fine. Par exemple si un premier sous ensemble est sensible entre 400 nm et 600 nm, un second entre 400 nm et 500 nm, le traitement différentiel des deux signaux permet d'obtenir une valeur corrigée pour la bande comprise entre 500 nm et 600 nm. It is also envisaged that the modification of the intrinsic characteristics of the various detectors is substantially regular along a line or line x column in order to obtain a device making it possible to obtain a finer spectral resolution. For example, when the intrinsic characteristics are modified by action on doping, the dopant level can vary linearly or according to another curve, along the device and for example by tilting the silicon wafer relative to a source projecting a dopant. . In the event that the spectral responses partially overlap, further processing of the signal makes it possible to eliminate the overlapping zones step by step and to obtain values according to the fine spectral resolution. For example if a first subset is sensitive between 400 nm and 600 nm, a second between 400 nm and 500 nm, the differential processing of the two signals makes it possible to obtain a corrected value for the band between 500 nm and 600 nm.

Claims

REVENDICATIONS
1. Microcapteur optique matriciel multilongueurs d'onde comportant un ensemble d'éléments détecteurs (1) et au moins un conditionneur (20) de signal, les éléments détecteurs (11) comportant des jonctions électroniques réalisées par assemblage de structures, lesdites structures comportant des matériaux dopés, le microcapteur comportant au moins deux sous-ensembles (10) d'éléments détecteurs, chacun des sous-ensembles ayant une réponse spectrale spécifique, la réponse spectrale spécifique étant obtenue par modification des caractéristiques intrinsèques des éléments détecteurs lors de la réalisation du dispositif, caractérisé en ce que la modification des caractéristiques intrinsèques est obtenue par modification de la profondeur de jonction.1. Multi-wavelength matrix optical microsensor comprising a set of detector elements (1) and at least one signal conditioner (20), the detector elements (11) comprising electronic junctions produced by assembling structures, said structures comprising doped materials, the microsensor comprising at least two subsets (10) of detector elements, each of the subsets having a specific spectral response, the specific spectral response being obtained by modification of the intrinsic characteristics of the detector elements during the production of the device, characterized in that the modification of the intrinsic characteristics is obtained by modification of the junction depth.
2. Microcapteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'au moins un sous-ensemble (10) est constitué d'éléments détecteurs "aveugles" par masquage.2. A microsensor according to claim 1, characterized in that at least one sub-assembly (10) consists of “blind” detector elements by masking.
3. Microcapteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments détecteurs (11) d'un même sous- ensemble sont regroupés dans une même zone du microcapteur (1).3. Microsensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the detector elements (11) of the same subassembly are grouped in the same area of the microsensor (1).
4. Microcapteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments détecteurs (11) de plusieurs sous- ensembles (10) sont répartis périodiquement dans le microcapteur (1).4. Microsensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the detector elements (11) of several subassemblies (10) are distributed periodically in the microsensor (1).
5. Microcapteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le conditionneur (20) est agencé pour permettre de choisir de façon individuelle, quels éléments détecteurs (11) sont utilisés pour effectuer une mesure et quels éléments détecteurs (11) ne sont pas utilisés. 5. A microsensor according to claim 1, characterized in that the conditioner (20) is arranged to allow to choose individually, which detector elements (11) are used to carry out a measurement and which detector elements (11) are not used .
6. Microcapteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le conditionneur (20) est agencé pour mesurer l'intensité reçue par les éléments détecteurs (11) dans n'importe quel ordre, et en ce que cet ordre peut être choisi par un utilisateur.6. Microsensor according to claim 1, characterized in that the conditioner (20) is arranged to measure the intensity received by the detector elements (11) in any order, and in that this order can be chosen by a user.
7. Microcapteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le conditionneur (20) est agencé pour déterminer individuellement la durée de mesure pour chaque élément détecteur (11).7. A microsensor according to claim 1, characterized in that the conditioner (20) is arranged to individually determine the measurement time for each detector element (11).
8. Microcapteur selon les revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le conditionneur (20) est agencé pour linéariser sa réponse spectrale.8. Microsensor according to claims 5 to 7, characterized in that the conditioner (20) is arranged to linearize its spectral response.
9. Microcapteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un convertisseur analogique/numérique (30).9. Microsensor according to any one of the preceding claims, characterized in that it also comprises at least one analog / digital converter (30).
10. Microcapteur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de calcul numérique (40).10. Microsensor according to claim 9, characterized in that it further comprises digital calculation means (40).
11. Microcapteur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux groupes (51) d'éléments détecteurs et en ce que les moyens de calcul (40) sont agencés pour effectuer des opérations à partir des résultats des mesures de ces groupes (51) d'éléments détecteurs.11. Microsensor according to claim 10, characterized in that it comprises at least two groups (51) of detector elements and in that the calculation means (40) are arranged to carry out operations on the basis of the results of the measurements of these groups (51) of detector elements.
12. Microcapteur selon la revendication 11 , caractérisé en ce que lesdites opérations sont au moins l'une des opérations suivantes : addition, soustraction, multiplication, division, transformée de Fourier, utilisation d'une fonction aléatoire ou pseudo-aléatoire.12. A microsensor according to claim 11, characterized in that said operations are at least one of the following operations: addition, subtraction, multiplication, division, Fourier transform, use of a random or pseudo-random function.
13. Microcapteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments détecteurs (11), le conditionneur (20) et les moyens de calcul (40) sont disposés sur un même support (50). 13. A microsensor according to claim 10, characterized in that the detector elements (11), the conditioner (20) and the calculation means (40) are arranged on the same support (50).
14. Microcapteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un connecteur agencé pour transmettre des signaux à un dispositif de traitement de données.14. The microsensor according to claim 1, characterized in that it comprises a connector arranged to transmit signals to a data processing device.
15. Microcapteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est incorporé dans un polychromateur.15. Microsensor according to any one of the preceding claims, characterized in that it is incorporated in a polychromator.
16. Polychromateur caractérisé en ce qu'il comporte un microcapteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes pour former un œil électronique.16. Polychromator characterized in that it comprises a microsensor (1) according to any one of the preceding claims to form an electronic eye.
17. Polychromateur à électronique intégrée caractérisé en ce qu'il comporte un microcalculateur possédant des fonctions de calculs prédéterminées discriminante pour la reconnaissance des couleurs. 17. Polychromator with integrated electronics characterized in that it comprises a microcomputer having predetermined calculation functions discriminating for color recognition.
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