(57)【要約】【課題】光の偏光方向を正確に検出することが可能な偏光センサを提供する。【解決手段】この偏光センサは、ダイアフラム３と、ダイアフラム３に対応する領域上に形成され、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、その所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜６とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長を有する光を受光することにより、前記所定の波長を有する光の偏光方向を検出する偏光センサにおいて、
ダイアフラムを有する部材と、
前記ダイアフラムに対応する領域上に形成され、少なくともアゾベンゼン系有機材料を含む膜からなるとともに、前記所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、前記所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜と、
前記ダイアフラムの表面上に形成され、前記ダイアフラムの屈曲方向を検出するための歪ゲージとを備え、
前記ダイアフラムを有する部材は、凹部を有する支持部材と、前記支持部材の凹部の開口端を塞ぐように配置された閉塞部材とを含み、
前記ダイアフラムは、前記支持部材の凹部に対応する領域に位置する前記閉塞部材の所定部分によって構成されているとともに、前記所定の波長を有する光を受光した前記光屈曲膜が屈曲した場合に、前記光屈曲膜の屈曲方向と同じ方向に屈曲することを特徴とする偏光センサ。
【請求項２】
ダイアフラムを有する部材と、
前記ダイアフラムに対応する領域上に形成され、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、前記所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜とを備えていることを特徴とする偏光センサ。
【請求項３】
前記ダイアフラムは、前記所定の波長を有する光を受光した前記光屈曲膜が屈曲した場合に、前記光屈曲膜の屈曲方向と同じ方向に屈曲するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の偏光センサ。
【請求項４】
前記ダイアフラムの表面上に形成され、前記ダイアフラムの屈曲方向を検出するための歪ゲージをさらに備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の偏光センサ。
【請求項５】
前記ダイアフラムを有する部材は、凹部を有する支持部材と、前記支持部材の凹部の開口端を塞ぐように配置された閉塞部材とを含み、
前記ダイアフラムは、前記支持部材の凹部に対応する領域に位置する前記閉塞部材の所定部分によって構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の偏光センサ。
【請求項６】
前記光屈曲膜は、少なくともフォトクロミック材料を含む膜からなることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の偏光センサ。
【請求項７】
前記フォトクロミック材料は、アゾベンゼン系有機材料であることを特徴とする請求項６に記載の偏光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、偏光センサに関し、特に、光の偏光方向を検出することが可能な偏光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、偏光センサや圧力センサなどの検出器が様々な分野で利用されている。従来の偏光センサとしては、光電変換により生成された光電流の大きさに基づいて光の偏光方向を検出する偏光センサなどが知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。また、従来の圧力センサとしては、シリコンのピエゾ抵抗効果を利用したピエゾ抵抗型の圧力センサなどが知られている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００３】
ところで、近年では、光を利用した光機器が様々な分野で広く普及しているため、上記した偏光センサなどの検出精度の向上が求められている。光を利用した光機器としては、たとえば、光応答性材料を用いた光機器が知られている（たとえば、特許文献４〜６参照）。上記特許文献４には、光応答性材料を用いたロボットハンドが開示されている。また、上記特許文献５には、光応答性材料を用いた可変焦点レンズが開示されている。また、上記特許文献６には、光応答性材料を用いた光記憶媒体が開示されている。なお、光応答性材料とは、所定の波長を有する光が照射されることにより、その物性が変化する材料である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０１８２７号公報
【特許文献２】特開２００５−８５９３３号公報
【特許文献３】特開平７−１１０２７７号公報
【特許文献４】特開昭６１−９８３２０号公報
【特許文献５】特開２００２−２１４５４５号公報
【特許文献６】特開２００５−２６４０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１および２に開示された従来の偏光センサでは、光電変換により生成された光電流の大きさに基づいて光の偏光方向を検出するため、以下のような不都合がある。すなわち、特許文献１および２では、偏光方向が所定方向である光が光電変換されて生成された光電流と、偏光方向が所定方向以外の方向である光が光電変換されて生成された光電流との比（二色比）を十分に大きくするのが困難になる場合があるという不都合がある。その結果、光電変換を利用した従来の偏光センサでは、光の偏光方向を正確に検出するのが困難になる場合があるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、光の偏光方向を正確に検出することが可能な偏光センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による偏光センサは、所定の波長を有する光を受光することにより、所定の波長を有する光の偏光方向を検出する偏光センサにおいて、ダイアフラムを有する部材と、ダイアフラムに対応する領域上に形成され、少なくともアゾベンゼン系有機材料を含む膜からなるとともに、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜と、ダイアフラムの表面上に形成され、ダイアフラムの屈曲方向を検出するための歪ゲージとを備えている。そして、ダイアフラムを有する部材は、凹部を有する支持部材と、支持部材の凹部の開口端を塞ぐように配置された閉塞部材とを含み、ダイアフラムは、支持部材の凹部に対応する領域に位置する閉塞部材の所定部分によって構成されているとともに、所定の波長を有する光を受光した光屈曲膜が屈曲した場合に、光屈曲膜の屈曲方向と同じ方向に屈曲する。
【０００８】
この第１の局面による偏光センサでは、上記のように、ダイアフラムに対応する領域上に、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、その所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜を形成することによって、所定の波長を有する光を受光した光屈曲膜が屈曲した場合に、光屈曲膜の屈曲方向と同じ方向にダイアフラムを屈曲させることが可能となる。これにより、ダイアフラムの屈曲方向を検出することにより、所定の波長を有する光の偏光方向を検出することができる。その結果、光電変換を利用した従来の方法に比べて、光の偏光方向を正確に検出することができる。また、ダイアフラムを、所定の波長を有する光を受光した光屈曲膜が屈曲した場合に、光屈曲膜の屈曲方向と同じ方向に屈曲するように構成することによって、容易に、ダイアフラムの屈曲方向を検出することにより、所定の波長を有する光の偏光方向を検出することができる。また、ダイアフラムの表面上に、ダイアフラムの屈曲方向を検出するための歪ゲージを形成することによって、容易に、歪ゲージにより、ダイアフラムの屈曲方向を検出することができる。また、ダイアフラムを、支持部材の凹部に対応する領域に位置する閉塞部材の所定部分により構成することによって、所定の波長を有する光を受光した光屈曲膜が屈曲した場合に、容易に、光屈曲膜の屈曲方向と同じ方向にダイアフラム（支持部材の凹部に対応する領域に位置する閉塞部材の所定部分）を屈曲させることができる。また、光屈曲膜を、少なくともアゾベンゼン系有機材料を含む膜により構成することによって、容易に、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、その所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜を得ることができる。
【０００９】
この発明の第２の局面による偏光センサは、ダイアフラムを有する部材と、ダイアフラムに対応する領域上に形成され、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜とを備えている。
【００１０】
この第２の局面による偏光センサでは、上記のように、ダイアフラムに対応する領域上に、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、その所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜を形成することによって、所定の波長を有する光を受光した光屈曲膜が屈曲した場合に、光屈曲膜の屈曲方向と同じ方向にダイアフラムを屈曲させることが可能となる。これにより、ダイアフラムの屈曲方向を検出することにより、所定の波長を有する光の偏光方向を検出することができる。その結果、光電変換を利用した従来の方法に比べて、光の偏光方向を正確に検出することができる。
【００１１】
上記第２の局面による偏光センサにおいて、好ましくは、ダイアフラムは、所定の波長を有する光を受光した光屈曲膜が屈曲した場合に、光屈曲膜の屈曲方向と同じ方向に屈曲するように構成されている。このように構成すれば、容易に、ダイアフラムの屈曲方向を検出することにより、所定の波長を有する光の偏光方向を検出することができる。
【００１２】
上記第２の局面による偏光センサにおいて、好ましくは、ダイアフラムの表面上に形成され、ダイアフラムの屈曲方向を検出するための歪ゲージをさらに備えている。このように構成すれば、容易に、歪ゲージにより、ダイアフラムの屈曲方向を検出することができる。
【００１３】
上記第２の局面による偏光センサにおいて、好ましくは、ダイアフラムを有する部材は、凹部を有する支持部材と、支持部材の凹部の開口端を塞ぐように配置された閉塞部材とを含み、ダイアフラムは、支持部材の凹部に対応する領域に位置する閉塞部材の所定部分によって構成されている。このように構成すれば、所定の波長を有する光を受光した光屈曲膜が屈曲した場合に、容易に、光屈曲膜の屈曲方向と同じ方向にダイアフラム（支持部材の凹部に対応する領域に位置する閉塞部材の所定部分）を屈曲させることができる。
【００１４】
上記第２の局面による偏光センサにおいて、好ましくは、光屈曲膜は、少なくともフォトクロミック材料を含む膜からなる。このように構成すれば、容易に、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、その所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜を得ることができる。この場合、フォトクロミック材料は、アゾベンゼン系有機材料であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、光の偏光方向を正確に検出することが可能な偏光センサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による偏光センサの構造を示した平面図であり、図２は、図１の１００−１００線に沿った断面図である。まず、図１および図２を参照して、本実施形態による偏光センサの構造について説明する。
【００１７】
本実施形態による偏光センサでは、図２に示すように、凹部１ａを有するシリコン基板１上に、シリコン基板１の凹部１ａの開口端を塞ぐように、約０．５μｍの厚みを有するＳｉＮ膜２が形成されている。なお、シリコン基板１の凹部１ａは、底部から開口端に向かって開口幅が徐々に大きくなるように形成されている。さらに、図１に示すように、シリコン基板１の凹部１ａは、平面的に見て、四角形状に形成されている。
【００１８】
そして、本実施形態では、図２に示すように、シリコン基板１の凹部１ａに対応する領域に位置するＳｉＮ膜２の所定部分３によって、ダイアフラム（以下、ダイアフラム３という）が構成されている。すなわち、図１に示すように、ダイアフラム３の形状は、平面的に見て、四角形状である。また、シリコン基板１の凹部１ａ以外の部分は、ダイアフラム３を支持するための支持台として機能する。なお、シリコン基板１は、本発明の「支持部材」の一例であり、ＳｉＮ膜２は、本発明の「閉塞部材」の一例である。また、シリコン基板１およびＳｉＮ膜２の両方を含む構造体は、本発明の「ダイアフラムを有する部材」の一例である。
【００１９】
また、ダイアフラム３の表面上（ＳｉＮ膜２の所定部分３の表面上）には、複数の歪ゲージ４が互いに所定の間隔を隔てて形成されている。この複数の歪ゲージ４は、ダイアフラム３の屈曲方向を検出する機能を有している。なお、本実施形態の歪ゲージ４は、ピエゾ抵抗効果を利用したものであり、約０．３μｍの厚みを有する多結晶シリコン膜により構成されている。また、図１に示すように、歪みゲージ４は、平面的に見て、ダイアフラム３の４つの辺の各々に１つずつ配置されている。また、図２に示すように、ＳｉＮ膜２（ダイアフラム３）の表面上には、歪ゲージ４を覆うように、約０．１μｍの厚みを有するコーティング膜５が形成されている。
【００２０】
ここで、本実施形態では、コーティング膜５のダイアフラム３に対応する領域を含む表面上に、数μｍ〜数十μｍの厚みを有する光屈曲膜６が形成されている。この光屈曲膜６は、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、その所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化するように構成されている。具体的には、光屈曲膜６は、光や熱により分子構造が可逆的に変化するフォトクロミック材料を含む膜からなる。なお、本実施形態では、フォトクロミック材料として、アゾベンゼン系有機材料が用いられている。ここで、アゾベンゼンとは、シス体およびトランス体という２つの異性体があるフォトクロミック分子である。そして、上記したアゾベンゼンに紫外光を照射した場合には、アゾベンゼンがトランス体からシス体に異性化反応を起こすとともに、アゾベンゼンに可視光を照射した場合には、アゾベンゼンがシス体からトランス体に異性化反応を起こす。
【００２１】
そして、本実施形態では、上記した光屈曲膜６をダイアフラム３に対応する領域上に形成することにより、所定の波長を有する光を受光した光屈曲膜６が屈曲した場合に、その光屈曲膜６の屈曲方向と同じ方向にダイアフラム３が屈曲される。
【００２２】
図３は、本発明の一実施形態による偏光センサの動作を説明するための断面図である。なお、図３は、図１の１００−１００線に沿った断面図に対応する。次に、図１〜図３を参照して、本実施形態による偏光センサの動作について説明する。
【００２３】
まず、図２の状態（初期状態）から、光屈曲膜６の表面に対して紫外光を照射する。これにより、光屈曲膜６は、紫外光の偏光方向に応じた方向に屈曲する。
【００２４】
具体的には、図３に示すように、光屈曲膜６の表面に照射される紫外光の偏光方向がＡ方向（図１参照）であったとすると、光屈曲膜６は、Ａ方向に沿った方向（図３の矢印Ａ１およびＡ２方向）に収縮することにより屈曲する。なお、光屈曲膜６の表面に照射される紫外光の偏光方向がＢ方向（図１参照）であった場合には、光屈曲膜６は、Ｂ方向に沿った方向に収縮することにより屈曲する。また、光屈曲膜６の表面に照射される紫外光の偏光方向がＣ方向（図１参照）であった場合には、光屈曲膜６は、Ｃ方向に沿った方向に収縮することにより屈曲する。また、光屈曲膜６の表面に照射される紫外光の偏光方向がＤ方向（図１参照）であった場合には、光屈曲膜６は、Ｄ方向に沿った方向に収縮することにより屈曲する。
【００２５】
上記のように光屈曲膜６が屈曲した場合、ダイアフラム３は、その表面上にコーティング膜５を介して光屈曲膜６が形成されていることから、光屈曲膜６の屈曲方向と同じ方向に屈曲する。すなわち、ダイアフラム３は、紫外光の偏光方向に応じた方向に屈曲する。このため、ダイアフラム３の表面上に形成された歪ゲージ４の形状は、紫外光の偏光方向に応じて変形する。その結果、紫外光の偏光方向に応じて歪ゲージ４の抵抗値が変化するので、歪ゲージ４の抵抗値の変化から紫外光の偏光方向を検出することができる。
【００２６】
なお、図３の状態から、光屈曲膜６の表面に対して可視光を照射することによって、偏光センサの状態を初期状態（図２の状態）に戻すことができる。
【００２７】
本実施形態では、上記のように、ダイアフラム３に対応する領域上に、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、その所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜６を形成することによって、所定の波長を有する光を受光した光屈曲膜６が屈曲した場合に、光屈曲膜６の屈曲方向と同じ方向にダイアフラム３を屈曲させることが可能となる。これにより、ダイアフラム３の屈曲方向を検出することにより、所定の波長を有する光の偏光方向を検出することができる。その結果、光電変換を利用した従来の方法に比べて、光の偏光方向を正確に検出することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、上記のように、ダイアフラム３の表面上に、ダイアフラム３の屈曲方向を検出するための歪ゲージ４を形成することによって、容易に、歪ゲージ４により、ダイアフラム３の屈曲方向を検出することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、上記のように、シリコン基板１の凹部１ａに対応する領域に位置するＳｉＮ膜２の所定部分３をダイアフラム３として機能させることによって、所定の波長を有する光を受光した光屈曲膜６が屈曲した場合に、容易に、光屈曲膜６の屈曲方向と同じ方向にダイアフラム（シリコン基板１の凹部１ａに対応する領域に位置するＳｉＮ膜２の所定部分）３を屈曲させることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、上記のように、光屈曲膜６を、フォトクロミック材料（アゾベンゼン系有機材料）を含む膜により構成することによって、容易に、所定の波長を有する光を受光することにより屈曲し、かつ、その所定の波長を有する光の偏光方向に応じて屈曲方向が変化する光屈曲膜６を得ることができる。
【００３１】
図４〜図６は、本発明の一実施形態による偏光センサの製造プロセスを説明するための断面図である。なお、図４〜図６は、図１の１００−１００線に沿った断面図に対応する。次に、図２および図４〜図６を参照して、本実施形態による偏光センサの製造プロセスについて説明する。
【００３２】
まず、図４に示すように、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、シリコン基板１上に、約０．５μｍの厚みを有するＳｉＮ膜２を形成する。この後、ＳｉＮ膜２の所定領域に、図示しない孔部を形成する。
【００３３】
次に、図５に示すように、異方性エッチング技術を用いて、シリコン基板１の所定領域に、凹部１ａを形成する。これにより、シリコン基板１の凹部１ａに対応する領域に位置するＳｉＮ膜２の所定部分３によって構成されるダイアフラム３が形成される。なお、シリコン基板１の所定領域をエッチングするためのエッチング液は、ＳｉＮ膜２の孔部（図示せず）を介してシリコン基板１にまで達する。
【００３４】
次に、図６に示すように、全面上に約０．３μｍの厚みを有する多結晶シリコン膜（図示せず）を形成した後、その多結晶シリコン膜をパターニングすることによって、多結晶シリコン膜によって構成される複数の歪ゲージ４を形成する。この際、複数の歪ゲージ４は、ダイアフラム３の表面上（ＳｉＮ膜２の所定部分３の表面上）に配置する。この後、ＳｉＮ膜２（ダイアフラム３）の表面上に、歪ゲージ４を覆うように、約０．１μｍの厚みを有するコーティング膜５を形成する。
【００３５】
最後に、図２に示したように、スピンコート法を用いて、コーティング膜５のダイアフラム３に対応する領域を含む表面上に、数μｍ〜数十μｍの厚みを有するフォトクロミック材料（アゾベンゼン系有機材料）を含む膜からなる光屈曲膜６を形成する。このようにして、本実施形態の偏光センサが形成される。
【００３６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３７】
たとえば、上記実施形態では、アゾベンゼン系有機材料を含む膜を光屈曲膜として用いたが、本発明はこれに限らず、アゾベンゼン系有機材料以外のフォトクロミック材料を含む膜を光屈曲膜として用いてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、紫外光の偏光方向を検出することが可能なように構成したが、本発明はこれに限らず、アゾベンゼン系有機材料以外のフォトクロミック材料を含む膜を光屈曲膜として用いることにより、紫外光以外の光の偏光方向を検出するようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、シリコン基板をダイアフラムの支持台として用いたが、本発明はこれに限らず、シリコン基板以外の部材（たとえば、樹脂からなる部材）をダイアフラムの支持台として用いてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、スピンコート法を用いて、ダイアフラムに対応する領域上に光屈曲膜を形成したが、本発明はこれに限らず、フィルム状の光屈曲膜を、ダイアフラムに対応する領域上に貼り付けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態による偏光センサの構造を示した平面図である。
【図２】図１の１００−１００線に沿った断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による偏光センサの動作を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による偏光センサの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による偏光センサの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による偏光センサの製造プロセスを説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  シリコン基板（支持部材）
２  ＳｉＮ膜（閉塞部材）
３  ダイアフラム
４  歪ゲージ
６  光屈曲膜
【図１】
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【図２】
2008082913.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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