(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の感光性素子を有するフォトセンサ；及び
吸光性光選択構造のアレイを形成するように前記フォトセンサ上に配置される複数の吸光性光選択構造；
を有する光指向性センサであって、
少なくとも3つの前記吸光性光選択構造からなる連続体は、前記アレイに対してそれぞれ異なっていてかつ共通部分を有する角度の範囲内の光を検知できるように前記連続体の個々の構造を形成されることによって実現される構造特性を有し、
前記構造特性は、複数の吸光性光選択構造間の間隔、吸光性光選択構造の高さ、及び吸光性光選択構造の幾何学形状からなる群のうちの1つである、
光指向性センサ。
【請求項２】
電磁放射線阻止構造をさらに有する、請求項1に記載の光指向性センサ。
【請求項３】
波長範囲によって光をフィルタリングするカラーフィルタをさらに有する、請求項1に記載の光指向性センサ。
【請求項４】
ある色温度範囲で光をフィルタリングする色温度フィルタをさらに有する、請求項1に記載の光指向性センサ。
【請求項５】
ある偏光をフィルタリングする偏光フィルタをさらに有する、請求項1に記載の光指向性センサ。
【請求項６】
光センサの作製方法であって：
電磁放射線阻止粒子を含む溶媒を基板に塗布することで前記基板上に層を形成する工程であって、前記基板は複数の感光性素子を有するフォトセンサを有し、前記複数の感光性素子の各々は光強度を検知するためのものである、工程；
前記基板上に光選択固体構造のアレイを形成する工程であって、少なくとも3つの前記吸光性の光選択構造からなる少なくとも1つの連続体が、前記アレイに対してそれぞれ異なっていてかつ共通部分を有する角度の光を検知できるように前記連続体の各独立した構造を形成することによって実現される構造特性を有する、工程；
を有し、
前記構造特性は、複数の吸光性光選択構造間の間隔、吸光性光選択構造の高さ、及び吸光性光選択構造の幾何学形状からなる群のうちの1つである、
方法。
【請求項７】
前記基板上に光選択構造のアレイを形成する工程は、微細加工処理を用いて実行される、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記微細加工処理は、鋳型成型処理、エンボス加工処理、又はリソグラフィ処理である、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記エンボス加工は、可撓性材料で作られるスタンプを用いることによって行われる、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
光選択固体構造のアレイをエッチングする工程をさらに有する、請求項6に記載の方法。
【請求項１１】
前記光選択固体構造のアレイをエッチングする工程は、反応性イオンエッチング及び/又はイオンビームエッチングを用いる工程を有する、請求項9に記載の方法。
【請求項１２】
前記光選択固体構造のアレイに放射線透過材料を塗布する工程をさらに有する、請求項6に記載の方法。
【請求項１３】
請求項1乃至5のうちのいずれか一項に記載の光指向性センサのアレイであって、当該アレイ中の光指向性センサは、少なくとも複数が違いに異なる向きをとるように配置される、光指向性センサのアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光の特性を測定する光センサに関する。特に本発明は、光の方向、光のコリメーション、及び光の分布を測定する能力を有する光指向性センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工の光源によって明るくされる日常の場所−たとえば家の部屋、店、職場、会議場等−では、たとえばエネルギーを節約するため又は（複数の）特定の利用者の要求に従って光の設定を調節するため、光の色座標上の点や演色度といった特性と共に、光の特性−たとえば光の方向、光のコリメーション、及び光の分布−を測定することが一般的に必要となる。しかし従来技術に係る光センサはたとえば、所望の光特性を測定することはできず、大きな設置空間を必要とし、かつ高価である。さらに光センサが光モジュールすなわち備え付け装備に組み込まれる場合、光センサは、小型に設計され、高価ではなく、かつ耐久性を有していることが好ましい。しかも光センサは、周辺光条件中での利用、エネルギー効率の良い周辺光知的照明システムでの利用等といった様々な用途に利用可能となるように設計されることが好ましい。
【０００３】
それに加えて、従来技術に係る光センサのさらなる課題は、一般に結像光学系−たとえば画像処理及び/又は画像解析のみならずレンズ、ミラー、ビームスプリッタ、プリズム等−が必要となることである。
【０００４】
さらにたとえばウエブカメラ（ウエブカム）の場合では、光の指向性を判断するには、一般に光源を直接結像する必要がある。
【０００５】
従って、様々な用途での利用が可能で、光の特性の測定を可能にする小型で、耐久性のありながら高価ではない光センサ技術が必要とされている。
【０００６】
特許文献1は、上に光学素子が設けられたセンサであって、さらに3つの部分を有する光コリメートスクリーンを有し、前記3つの部分の各々は基板に対して各異なる斜角を有するセンサについて開示している。
【０００７】
特許文献1の課題は、所定の3種類の入射光角度しか測定できないため、光指向性の見積もりが粗くなってしまうことである。よって光の分布は、特許文献1を利用して容易に決定することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第2007/0139765(A1)号明細書
【特許文献２】国際公開第2003/099463号パンフレット
【特許文献３】欧州特許第1511632号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
よって本発明の目的は、様々な用途での利用が可能で、光の特性の測定を可能にする小型で、耐久性のありながら高価ではない光センサを実現することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、当該光センサの製造方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第1態様によると、複数の感光性素子を有するフォトセンサ及び該フォトセンサ上に配置される複数の吸光性光選択構造を有する光指向性センサが供される。前記吸光性光選択構造は前記フォトセンサ上に配置されることで、吸光性光選択構造のアレイを形成する。前記吸光性光選択構造のアレイでは、前記吸光性光選択構造の少なくとも一部からなる連続体は、様々な構造特性を有する。前記連続体の個々の構造が、前記アレイに対して各異なる角度の範囲内の光を検知できるように形成されることによって、前記様々な構造特性は実現される。以降で説明するように、当該光センサは、当該光センサへ入射する光の方向、当該光センサへ入射する光のコリメーション、当該光センサへ入射する光の強度分布を測定するのに利用することができる。さらに当該光センサは、頑丈で、補助的な光学系を必要とせず、光モジュールすなわち備え付け装備に容易に組み込むことが可能で、かつ低コストでの製造が可能である。よって本発明の第1態様による光センサは、従来技術の光センサとは異なり、入射角の違いを識別するので、当該光センサへ入射する光の方向、当該光センサへ入射する光のコリメーション、当該光センサへ入射する光の強度分布を測定することが可能である。
【００１２】
本発明の第2態様によると、光センサの作製方法が供される。当該方法は、電磁放射線阻止粒子を含む溶媒を基板に塗布することで前記基板上に層を形成する工程を有する。前記基板は、複数の感光性素子を有するフォトセンサを有する。前記複数の感光性素子の各々は光強度を検知するためのものである。当該方法はさらに、前記層から、前記基板上に光選択固体構造のアレイを形成して、吸光性の光選択構造のアレイでは、前記吸光性の光選択構造の少なくとも一部からなる少なくとも1つの連続体が様々な構造特性を有するようにする工程を有する。前記様々な構造特性は、前記アレイに対して各異なる角度の光を検知できるように前記連続体の各独立した構造を形成することによって実現される。当該方法によって、本発明の第1態様による光指向性センサの製造方法が実現される。当該方法は、相対的に低コストであり、かつ大規模生産向けである産業レベルにもすぐに適用可能である。
【００１３】
本発明の第3態様によると、本発明の第1態様による光指向性センサのアレイが供される。当該アレイ中の光指向性センサは、少なくとも複数が違いに異なる向きをとるように配置される。そのような配置をとることで、たとえば感度を高くすることが可能となる。
【００１４】
本発明の実施例によると、構造特性は、複数の吸光性光選択構造間の間隔、吸光性光選択構造の高さ、及び吸光性光選択構造の幾何学形状からなる群のうちの1つである。そのような構造特性は、当該光センサの構成では、容易に実現及び/又は調節される。
【００１５】
本発明の他の実施例によると、当該光センサは電磁放射線阻止構造をさらに有する。前記電磁放射線阻止構造は、当該光センサ上に適切に配置されたときには、ある方向から当該光センサへ入射する光が阻止されることで、必要に応じて様々な方向からの光を分離することができるという利点を供する。
【００１６】
本発明のさらに他の実施例によると、当該光センサは、波長範囲によって光をフィルタリングする少なくとも1つのカラーフィルタをさらに有する。
【００１７】
本発明のさらに他の実施例によると、当該光センサは、ある特定の偏光をフィルタリングする偏光フィルタをさらに有する。前記フィルタは、入射光の偏光に関する情報を得ることを可能にする。そのため本発明のこの実施例によると、各異なる偏光を識別することが可能である。
【００１８】
本発明のさらに他の実施例によると、前記基板上に光選択構造のアレイを形成する工程は、微細加工処理を用いて実行される。前記微細加工処理は、鋳型成型処理、エンボス加工処理、又はリソグラフィ処理である。そのような処理は当業者に周知である。また上記処理のための良好な機能を有する装置は市販されている。よって開始コストは最小限に抑制することができる。
【００１９】
本発明のさらに他の実施例によると、当該方法は、光選択固体構造のアレイをエッチングする工程をさらに有する。前記光選択固体構造のアレイをエッチングすることによって、前記光選択固体構造間に存在する余分な材料が除去されることで、当該光センサの感度は増大する。その理由は、前記基板（フォトセンサ）を遮る余分な材料は、前記のフォトセンサ内に含まれる感光性素子に光が衝突するのを妨害するからである。
【００２０】
本発明のさらに他の実施例によると、当該方法は、反応性イオンエッチング及び/又はイオンビームエッチングを用いて前記光選択固体構造のアレイをエッチングする工程をさらに有する。そのような手法は、前記光選択固体構造間に存在する余分な材料の選択エッチングを可能にする。
【００２１】
本発明のさらに他の実施例によると、当該方法は、前記光選択固体構造のアレイに放射線透過材料を塗布する工程をさらに有する。そのように構成されることで、たとえば前記の形成された層は機械的損傷に対する影響を受けにくくなり、かつ前記光選択構造によって画定された領域間での光の通過が可能となる。
【００２２】
本発明のさらに他の実施例によると、たとえばインプリント処理を用いて、その後に放射線透過材料間に前記吸光材料を塗布することによって、前記放射線透過材料から放射線透過構造を作製することも可能である。
【００２３】
本発明のさらに他の実施例によると、当該方法は、前記光選択固体構造を吸光材料でコーティングする工程をさらに有する。これは、前記光選択固体構造に衝突する光が、たとえば前記のフォトセンサ上の感光性素子内での不正確な信号を生成する危険性を生じさせる前記の基板内に含まれるフォトセンサに対する反射を起こしにくくなるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例の概略図である。
【図２】本発明の実施例の概略図である。
【図３Ａ】本発明の実施例の概略図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例の概略図である。
【図４】図1に図示された本発明の実施例の動作原理を表す本発明の実施例の概略図である。
【図５】図3Aと図3Bに図示された本発明の実施例の動作原理を表す本発明の実施例の概略図である。
【図６】本発明の実施例の概略図である。
【図７】本発明の実施例の概略図である。
【図８】図1に図示された本発明の実施例の動作原理を表す本発明の実施例の概略図である。
【図９】本発明の実施例の概略図である。
【図１０】本発明の実施例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図示された本発明の典型的実施例は例示目的に過ぎないということに留意して欲しい。本発明の他の実施例は、以降の詳細な説明と添付の請求項と共に図を検討することで、明らかとなる。
【００２６】
さらに図中に与えられる参照符号は、請求項を迅速に理解するためであるので、如何なる意味においても本発明の技術的範囲を限定するものと解されて波ならないことに留意して欲しい。
【００２７】
図1は、本発明の一の典型的実施例による光指向性センサを示す概略図である。図1に図示されているように、吸光性光選択構造1のうちの少なくともいくつかは、それぞれ異なる間隔すなわちピッチを有する。吸光性光選択構造は、複数の感光性素子3すなわち画素を有するフォトセンサ2上に配置される。光選択構造1は、吸光性材料で作られるか、吸光性材料等でコーティングされた材料で作られるか、又は、当業者に理解可能な他の手法によって吸光性にされることに留意して欲しい。
【００２８】
本発明の他の典型的実施例によると、図2に図示されているように、フォトセンサ2上の吸光性光選択構造のうちの少なくともいくつかはそれぞれ異なる高さを有する。さらに本発明の他の典型的実施例によると、図3A及び図3Bに図示されているように、吸光性光選択構造のうちの少なくともいくつかはそれぞれ異なる幾何学形状を有する。
【００２９】
たとえ添付図面が、吸光性光選択構造1のうちの少なくともいくつかがそれぞれ異なるピッチ、高さ、又は幾何学形状を有する本発明の実施例を図示しているとしても、本発明の第1態様は、それぞれ異なるピッチ、高さ、又は幾何学形状のいかなる組み合わせをも含むことに留意して欲しい。たとえば本発明の典型的実施例では、吸光性光選択構造のうちの少なくともいくつかは、それぞれ異なるピッチと高さを有するか、それぞれ異なる高さと形状を有するか、又はそれぞれ異なるピッチ、高さ、及び形状等を有して良い。
【００３０】
ここで図4を参照すると、図1に図示された本発明の典型的実施例の動作原理が記載されている。吸光性光選択構造1間の間隔（ピッチ）は変化している。図4に図示されているように、光選択構造1は、入射光がフォトセンサ2の感光性素子3すなわち画素を通過及び衝突することのできる領域数を定める。下段右から左まで、及び上段右から左まで、各々が1,2,3,4,5,6,7,8,9及び10個の感光性素子3すなわち画素を有する光選択構造c1-c10が図示されている。しかしセンサ上の各光選択構造は如何なる個数の感光性素子を有しても良いことに留意して欲しい。各光選択構造1では、画素数は、光選択構造の左側から数えられる。たとえば光選択構造c2は、c2の左側で画素1を有し、かつc2の右側で画素2（図4による入射光が衝突する）を有する。
【００３１】
図4に図示された例では、本発明の原理を説明することを目的として、光は図の左側から入射すると仮定する。光が左側と右側の両方から入射する他の例は後で説明する。
【００３２】
図4に図示された本発明の典型的実施例によると、光選択構造に対して光指向性センサへ入射する、角度θ=0°を有する光の強度L(0°)が、光選択構造c1の1つの感光性画素p1によって検知される（Θ=0°で表されている）。さらにθ=0°からθ=1°の間に属する角度を有する光の強度が、光選択構造c2の感光性画素p2によって検知される（Θ=0-1°で表されている）。ここで、光選択構造c2の画素p2で検知される光の強度I(p2,c2)から、光選択構造c1の画素p1によって検知される光の強度I(p1,c1)を差し引くことによって、1°の角度を有する光の強度L(1°)を表す信号を決定することができる。その後表1に表されているように、様々な角度を有する光の強度（L(2°),L(3°),L(4°)等）を表す信号が、他の光選択構造c3,c4,c5等に含まれる画素から得られる検知された光強度の情報反復的に決定することができる。
【００３３】
【表１】
0005539998.tif 000002
表1は、本発明の実施例による光指向性センサに入射した光の方向を決定方法の動作原理を表している。Lはある入射角を有する光の強度を表す信号で、I(pi,cj)は光選択構造cjの画素piで検知される強度である。
【００３４】
このようにして、複数の入射角を有する入射光を表す信号は、本発明の第1態様による1つのデバイスを用いることによって容易に決定することができる。本発明の実施例によると、フォトセンサ内で生成される信号が、入射光の角度分布を生成するため、出力手段へ出力するため、計算ユニットへ送る等のために処理ユニット（図示されていない）−たとえばコンピュータ内のCPU−へ送られる。
【００３５】
図4に図示された本発明の典型的実施例によると、光選択構造c1-c10は、それぞれ0°〜1°、0°〜2°、0°〜3°、0°〜4°、0°〜5°、0°〜6°、0°〜7°、0°〜8°、及び0°〜9°の角度を有する光を測定する。フォトセンサ上の光選択構造の高さを増大/減少させることにより、かつ/又は光選択構造間の間隔を増大/減少させることにより、粗い測定又は細かい測定−たとえば0°〜5°、0°〜10°等といった粗い角度での測定−を行えるように光選択構造を調節することも可能であることに留意して欲しい。このようにして、測定のための望ましい角度を簡便に実現することができる。
【００３６】
本発明の他の典型的実施例によると、図2に図示されているように、吸光性光選択構造1の少なくともいくつかは、フォトセンサ2上でそれぞれ異なる高さを有する。図2に図示された本発明の実施例の動作原理は、上述した図4に図示された本発明の実施例の動作原理と相似している。同じ説明は省略する。
【００３７】
本発明の他の典型的実施例によると、図3A及び図3Bに図示されているように、吸光性光選択構造1の少なくともいくつかは、それぞれ異なる幾何学形状を有する。図3Aがそれぞれことなる形状を有する対称な光選択構造1を図示している一方で、図3Bはそれぞれ異なる形状を有する非対称な光選択構造1を2例図示している。図3A及び図3Bに図示された本発明の実施例の動作原理が図5に図示されている。図3A及び図3Bに図示された本発明の実施例の動作原理は、上述した図4に図示された本発明の実施例の動作原理と十分に相似する。同じ説明は省略する。
【００３８】
図6は本発明の他の実施例を図示している。当該光指向性センサは、ある波長範囲（色の範囲）で光をフィルタリングするカラーフィルタ11、ある色温度範囲で光をフィルタリングする色温度フィルタ12、又はある偏光で光をフィルタリングする偏光フィルタ13をさらに有する。本発明の他の実施例によると、当該光指向性センサは、前記フィルタの任意に組み合わせたものをさらに有する。たとえば図6は、当該光指向性センサが、カラーフィルタ11（のアレイ）、色温度フィルタ12、及び偏光フィルタ13をさらに有する本発明の実施例を図示している。図6のフィルタ11,12,13の配置は典型例であることに留意して欲しい。フィルタ11,12,13は当該センサ上で互いに隣り合うように配置されても良い。さらに本発明の他の実施例によると、上述のフィルタのいずれか、又は前記フィルタの複数を結合したものは、図1,2,3A,3Bで図示して説明した実施例の構成と結合する。色温度フィルタ12は、色温度を計算することのできる色座標点を決定する複数のカラーフィルタを有して良いことにさらに留意して欲しい。
【００３９】
本発明の他の実施例によると、本発明の光指向性センサは電磁放射線阻止構造4をさらに有する。係る構造4はたとえば、図7に図示されているように、その構造4の各異なる面から入射する光を分離することを可能にする。図7にはフォトセンサが図示されていないことに留意して欲しい。しかしこれは、如何なる意味においても本発明の実施例を限定するものと解されてはならない。よって図7は、フォトセンサが存在するものとして構成されなければならない。
【００４０】
図7に図示された本発明の典型的実施例は他の幾何学形状に拡張されて良いことに留意して欲しい。たとえば図7に図示された本発明の典型的実施例は、当該光指向性センサに入射する光の方位角の測定を可能にする環状の形状に拡張されて良い。そのような場合、吸光性光選択構造は、車輪のスポーク同様に、極軸方向に沿って順次配置されて良い。さらに本発明の他の典型的実施例では、電磁放射線阻止材料で作られた中央の柱は、「車輪」の「ハブ」として備えられて良い。同様に、他の幾何学形状も本発明に含まれるものと考えるべきである。光が2つ以上の面から入射するときの、図7に図示された本発明の実施例の動作原理について、図8A-8Cを参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
さらに図1、図2、図3A、図3B、図6、及び図7に図示された本発明の各実施例では、本発明の第1態様による光指向性センサの感度を数倍に増大させるため、光選択構造1の各種類がフォトセンサ2上に存在して良いことに留意して欲しい。よって本発明の実施例によるたとえば各異なるピッチ、高さ、又は幾何学形状を有する光選択構造の各種類では、特定の入射角を有する又は特定の角度の範囲内に属する入射光の強度を表す複数の信号が得られることで、測定された光の特性の統計的有意性−たとえば光指向性−を増大させることが可能となる。
【００４２】
次に、光が2つの異なる面から入射する例である、既に図4で説明した本発明の典型的実施例の動作原理について、図4の光選択構造に類似する光選択構造を図示する図8A-Cと共に説明する。この例では、光が1つの面からしか入射しないこれまでの実施例と比較して、多少複雑な計算が必要となる。
【００４３】
最初に図8Aを参照すると、図8Aは、画素p1を有する光選択構造c1を図示している。フォトセンサへの入射光について、光選択構造c1には2つの可能性が存在する。強度I(p1,c1)がI(p1,c1)=0であるc1の画素p1によって光が検出されない場合と、強度I(p1,c1)がI(p1,c1)≠0であるc1の画素p1によって光が検出される場合である。よってフォトセンサの画素p1によって検知される光の全強度は、光選択構造c1に対して0°の入射角を有する光を起源とする。図8Aのマトリックスは、検知された入射光に対する光選択構造c1の2つの可能性を表している。白の正方形は画素p1によって光が検知されないことを示す。灰色の正方形は画素p1によって検知された光を示す。
【００４４】
次に図8Bは、-1°〜1°の範囲の入射角θを有する光の強度分布を決定する、図4と同様な、2つの画素p1とp2を有する光選択構造c2を図示している。本発明の典型的実施例の動作原理を説明するため、画素を光選択構造の左側から数えることにする。よって画素p1は光選択構造2の最も左側の画素であり、p2は光選択構造2の最も右側の画素である。
【００４５】
θが-1°〜1°についての入射光の強度分布を決定するとき、上述した光選択構造c1からの検知された光強度I(p1,c1)は、以降で述べるように利用される。
【００４６】
図8Bに図示された場合では、検知された入射光について8つの可能性が存在する。図8Aと図8Bを参照すると、後述するように、(i)I(p1,c2)=I(p2,c2)=I(p1,c1)=0である、光が検出されない場合、又は、(ii)I(p1,c1)=I(p1,c2)=I(p2,c2)≠0である、光選択構造に対して0°の入射角を有する光、又は、(iii)I(p1,c1)=I(p1,c2)=0でかつI(p2,c2)≠0である、光選択構造に対して-1°の入射角を有する光、又は、(iv)I(p1,c1)=I(p2,c2)=0でかつI(p1,c2)≠0である、光選択構造に対して1°の入射角を有する光、又は、(v)I(p1,c1)≠0、I(p1,c2)≠0でかつI(p2,c2)=0である、光選択構造に対して0°〜1°の入射角を有する光、又は、(vi)I(p1,c1)≠0、I(p2,c2)≠0でかつI(p1,c2)=0である、光選択構造に対して-1°〜0°の入射角を有する光、又は、(vii)I(p1,c1)≠0、I(p1,c2)≠0でかつI(p2,c2)≠0であるかあるいはその代わりに、(viii)I(p1,c1)=0、I(p2,c2)≠0でかつI(p2,c2)≠0である、光選択構造に対して-1°〜1°の入射角を有する光、である。可能性(i)-(viii)はさらに図8Bのマトリックスによって表される。図8Aのように、灰色の正方形が光を示し、白の正方形は光が存在しないことを示す。
【００４７】
以降の計算は、θが-1°〜1°について入射光強度分布を決定するのに必要である。
【００４８】
(i)-(iv)の場合については、計算を行う必要はない。入射光の入射角、あるいは入射光が存在しないこと、は、測定から直接的に分かる。
【００４９】
(v)の場合では、c1からI(p1,c1)>0であることが分かる。I(p1,c1)は、角度が0°である光の強度L(0°)を表す信号に等しい。つまりL(0°)=I(p1,c1)である。さらに図4で論じたことと同様に、1°の角度を有する光の強度L(1°)を表す信号は、L(1°)=I(p1,c2)-L(0°)=I(p1,c2)-I(p1,c1)として決定することができる。このようにして、0°〜1°の入射角θを有する光の強度分布を決定することができる。
【００５０】
(vi)の場合では、c1からL(0°)=I(p1,c1)>0であることが分かる。さらに図4で論じたことと同様に、-1°の角度を有する光の強度L(-1°)を表す信号は、L(-1°)=I(p2,c2)-L(0°)=I(p2,c2)-I(p1,c1)として決定することができる。このようにして、-1°〜0°の入射角θを有する光の強度分布を決定することができる。
【００５１】
(vii)の場合では、c1からL(0°)=I(p1,c1)>0であることが分かる。さらに図4で論じたことと同様に、-1°の角度を有する光の強度L(-1°)を表す信号は、L(-1°)=I(p2,c2)-L(0°)=I(p2,c2)-I(p1,c1)として決定することができる。また1°の角度を有する光の強度L(1°)を表す信号は、L(1°)=I(p1,c2)-L(0°)=I(p1,c2)-I(p1,c1)として決定することができる。このようにして、(vii)の場合について-1°〜1°の入射角θを有する光の強度分布を決定することができる。
【００５２】
(viii)の場合では、c1からL(0°)=I(p1,c1)=0であることが分かる。前段落での議論と同様に、-1°の角度を有する光の強度L(-1°)を表す信号は、L(-1°)=I(p2,c2)-L(0°)=I(p2,c2)-I(p1,c1)として決定することができる。また1°の角度を有する光の強度L(1°)を表す信号は、L(1°)=I(p1,c2)-L(0°)=I(p1,c2)-I(p1,c1)として決定することができる。このようにして、(viii)の場合について-1°〜1°の入射角θを有する光の強度分布を決定することができる。
【００５３】
図8Cは、-2°〜2°の入射角θを有する光の強度分布を決定する、図4と同様の、4つの画素を有する光選択構造c4を図示している。図8Cに図示された場合では、図8Cのマトリックスに図示されているように、検知された入射光について28の可能性が存在する。簡明を期すため、各異なる可能性についてはここでは説明しない。しかしむしろ、可能性及びそれらに対応する計算が、図8Bで述べたものと類似することを示せば十分である。図8A及び図8Bのように、灰色の正方形が光を示し、白の正方形は光が存在しないことを示す。計算は、図8Bに図示された光選択構造c2から既に得られた情報を利用することにも留意して欲しい。
【００５４】
当然のこととして、たとえば-3°〜3°、-4°〜4°等の入射角θを有する光の強度分布が決定される方法は、上述の入射角θが-2°〜2°及び-1°〜1°の場合と十分に相似するので、ここでは説明しない。
【００５５】
本発明による一部の特別な実施例の動作原理については上述した。しかしここで明示していないとはいえ、十分に相似する動作原理が、請求項に含まれる本発明の他の典型的実施例に適用されることに留意して欲しい。たとえば上述したように、十分に相似する動作原理は、図2、図3A、図3B、図5、図6、図7に図示された本発明の実施例及び他の幾何学形状に拡張される図7に図示された本発明の実施例に適用される。
【００５６】
図9は、本発明の第2態様による光指向性センサの作製方法の典型的実施例を図示している。光選択構造を作製するため、エンボス加工、鋳型成型、又はリソグラフィ法が利用されて良い。フィリップス研究所によって開発されたサブストレート・コンフォーマル・インプリント・リソグラフィ(SCIL)は、ナノメータースケールで位置合わせがなされた状態で、1つの層中又は積層された層中に高いアスペクト比(1:10)を有するマイクロメータ及びナノメータサイズの構造を作製するのに特に適している。この手法は、高アスペクト比かつ高精度でナノメータサイズの形状をプリントする能力を有するので、基板上に直接光選択構造を作製するのに特に適している。それに加えて、その手法は、高価ではなく、かつ産業規模の製造にもすぐに適用できる。図9は、リソグラフィ処理を用いて本発明の第2態様による光指向性センサを作製する方法に係る典型的実施例を図示している。工程Aでは、電磁放射線粒子を有する溶媒6の層が、たとえばスピンコーティング又はドクターブレード法によって塗布される。基板5はたとえばフォトセンサであって良い。工程Aの間、溶媒6は蒸発して、工程Bで示されているようにゲルを生成する。その後工程Cでは、層が、たとえばSCILプリンタのようなプリンタによって穏やかに印加された可撓性ゴムスタンプ9を用いてエンボス加工される。工程Cは、空気が含まれるのを防止するように、本発明の典型的実施例によって有利に実行される。そのような例は特許文献2及び特許文献3に記載されている。
【００５７】
本発明の第2態様によると、層のエンボス加工は、光選択構造7のアレイが基板上に形成されるように行われる。吸光性光選択構造7の少なくともいくつかからなる連続体は様々な構造特性を有する。前記様々な構造特性は、前記アレイに対して様々な角度をなす光の検知が可能となるように前記連続体の各独立した構造を形成することによって実現される。
【００５８】
次に工程Dでは、溶媒6は、処理中に形成された架橋材料をスタンプ9へ拡散させることで、基板5上に光選択固体構造7のアレイが形成される。その後スタンプ9は、形成された固体構造7に損傷を与えないように取り外される。
【００５９】
この段階では、本発明の典型的実施例によると、複数の構造7の間に余剰材料が存在する場合には、形成されたデバイスは、余剰材料を除去するようにエッチングされて良い。本発明の別な典型的実施例では、前記エッチングは、反応性イオンエッチング又はイオンビームエッチングを用いて実行される。
【００６０】
さらに本発明の他の典型的実施例によると、上述したように形成された固体構造7の間の間隔は、図9の工程Eで図示されているように、放射線透過材料−たとえばポリマー−で充填されて良い。そのような構成はたとえば、形成されたデバイスを機械的損傷に対して影響を受けにくくする。
【００６１】
しかも本発明の別な典型的実施例によると、光指向性センサを作製するのに上述の処理とは逆の処理が実行されても良い。つまり、最初に図9で説明した、放射線透過材料からなる固体構造を作製し、続いて放射線透過材料からなる固体構造間の空間を電磁放射線阻止材料で充填するような処理である。
【００６２】
あるいはその代わりに、本発明の別な典型的実施例によると、形成された構造は、当業者にとって適切であることが明らかな方法で、吸光性材料によってコーティングされて良い。これは、前記光選択固体構造に衝突する光が、たとえば前記のフォトセンサ上の感光性素子内での不正確な信号を生成する危険性を生じさせる前記の基板内に含まれるフォトセンサに対する反射を起こしにくくなるという利点を有する。
【００６３】
図10は、本発明の第3態様の典型的実施例を図示している。図10は、本発明の第1態様による光指向性センサ10のアレイを図示している。光指向性センサ10は、相互に異なる向きをとる。図10が3つの光指向性センサ10を図示しているという事実にもかかわらず、この事実は、本発明の第3態様を、3つの光指向性センサ10に限定するものと解されてはならない。そうではなく本発明の第3態様の様々な実施例によると、任意の個数の光指向性センサが含まれて良い。
【００６４】
まとめると、本発明は光の特性を測定する光センサに関する。特に本発明は、たとえば光の方向、光のコリメーション、及び光の分布のような光の特性を測定する能力を有する光指向性センサに関する。本発明の第1態様によると、複数の感光性素子3を有するフォトセンサ2及び該フォトセンサ2上に配置される複数の吸光性光選択構造1を有する光指向性センサが供される。前記吸光性光選択構造1は前記フォトセンサ2上に配置されることで、吸光性光選択構造のアレイを形成する。前記吸光性光選択構造のアレイでは、前記吸光性光選択構造の少なくとも一部からなる連続体は、様々な構造特性を有する。前記連続体の個々の構造が、前記アレイに対して各異なる角度の範囲内の光を検知できるように形成されることによって、前記様々な構造特性は実現される。さらに本発明の第2態様によると、本発明の第1態様による光センサの作製方法が供される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０】
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