專利名稱：光方向性傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量光特性的光傳感器。具體而言，本發(fā)明涉及一種能夠測量光方向、光準(zhǔn)直和光分布的光方向性傳感器。
背景技術(shù)：
在由人造光源照亮的諸如屋內(nèi)房間、商店、辦公室、會議中心等日常場所，一般希望測量光特性(比如光方向、光準(zhǔn)直和光強(qiáng)度分布)以及光的性質(zhì)(比如色點(diǎn)和顯色指數(shù)) 以便能夠適應(yīng)在該場所的光設(shè)置以例如節(jié)能或者根據(jù)特定用戶的需要來調(diào)節(jié)光設(shè)置。然而，現(xiàn)有技術(shù)的光傳感器不能測量所有所需光特性、需要大的安裝空間、昂貴等。另外，在光傳感器將集成到光模塊或者器具中的情況下，它應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地是緊湊設(shè)計、廉價和穩(wěn)健的。另外，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地設(shè)計光傳感器使得它可以在諸如環(huán)境光條件期間、在能量高效環(huán)境智能照明系統(tǒng)等各種應(yīng)用中使用。此外，現(xiàn)有技術(shù)的光傳感器的又一弊端在于它們一般需要諸如透鏡、反射鏡、分束器、棱鏡等成像光學(xué)器件以及圖像處理和/或分析。另外，例如在網(wǎng)絡(luò)相機(jī)(攝像頭)的情況下，確定光方向性將一般需要對光源的直接成像。因此，在本領(lǐng)域中需要一種可以在各種應(yīng)用中使用并且能夠?qū)崿F(xiàn)測量光特性如光方向、光準(zhǔn)直和光強(qiáng)度分布的緊湊、穩(wěn)健和廉價的光傳感器。US 2007/0139765 Al(Dl)公開了一種傳感器，該傳感器具有設(shè)置于其上的光學(xué)元件并且具有含三個部分的光準(zhǔn)直屏，各部分具有相對于襯底的不同準(zhǔn)直斜角。Dl的一個弊端在于僅能測量三個預(yù)定方向的入射光，由此僅實(shí)現(xiàn)對光方向性的粗略估計。因此，不能使用Dl來容易地確定光分布。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的在于實(shí)現(xiàn)一種可以在各種應(yīng)用中使用并且能夠?qū)崿F(xiàn)測量光特性如光方向、光準(zhǔn)直和光強(qiáng)度分布的緊湊、穩(wěn)健和廉價的光傳感器。本發(fā)明的又一目的在于實(shí)現(xiàn)一種用于形成這樣的光傳感器的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種光方向性傳感器，該傳感器包括光傳感器，包括各自用于感測光強(qiáng)度的多個光敏元件；以及多個光吸收光選擇結(jié)構(gòu)，布置于光傳感器上以便形成光吸收光選擇結(jié)構(gòu)陣列。在光吸收光選擇結(jié)構(gòu)陣列中，至少一些光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的至少一個連串具有變化的結(jié)構(gòu)特性。通過形成該連串的各個別結(jié)構(gòu)使得它允許感測在相對于陣列的不同角區(qū)間內(nèi)的光來實(shí)現(xiàn)變化的結(jié)構(gòu)特性。如下文將描述的那樣，這樣的光傳感器可以用來測量在光傳感器上入射的光的方向、在光傳感器上入射的光的準(zhǔn)直、在光傳感器上入射的光的強(qiáng)度分布等。另外，這樣的光傳感器穩(wěn)健、無需輔助成像光學(xué)器件、可以容易集成到光模塊或者器具中并且可以低成本地加以制造。因此不同于現(xiàn)有技術(shù)的光傳感器，根據(jù)本發(fā)明第一方面的光傳感器區(qū)分入射光的不同角度，因此能夠測量在光傳感器
4上入射的光的方向、在光傳感器上入射的光的準(zhǔn)直、在光傳感器上入射的光的強(qiáng)度分布等。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于形成光方向性傳感器的方法。該方法包括以下步驟在襯底上涂敷包括電磁輻射阻止粒子的溶劑以便在襯底上形成層，其中襯底包括光傳感器，該光傳感器包括各自用于感測光強(qiáng)度的多個光敏元件。該方法還包括以下步驟將這樣形成的層形成為襯底上的光選擇固體結(jié)構(gòu)陣列，從而在光吸收光選擇結(jié)構(gòu)陣列中，至少一些光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的至少一個連串具有變化的結(jié)構(gòu)特性。通過形成該連串的各個別結(jié)構(gòu)使得它允許感測在相對于陣列的不同角區(qū)間內(nèi)的光來實(shí)現(xiàn)變化的結(jié)構(gòu)特性。通過這樣的方法實(shí)現(xiàn)一種用于制造根據(jù)本發(fā)明第一方面的光方向性傳感器的方法，該方法具有相對低的成本并且可以容易按照用于大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)水平加以應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種根據(jù)本發(fā)明第一方面的光方向性傳感器的陣列，其中布置陣列中的光方向性傳感器使得至少一些光方向性傳感器相對于彼此定向不同。這樣的布置例如能夠?qū)崿F(xiàn)更高靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，結(jié)構(gòu)特性是在光吸收光選擇結(jié)構(gòu)之間的間距、光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的高度和光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的幾何形狀之一。這樣的結(jié)構(gòu)特性在構(gòu)造光傳感器時易于實(shí)現(xiàn)和/或修改。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，光傳感器還包括電磁輻射阻止結(jié)構(gòu)。這樣的電磁輻射阻止結(jié)構(gòu)在適當(dāng)?shù)夭贾糜诠鈧鞲衅魃蠒r提供的優(yōu)點(diǎn)在于可以阻止從特定方向在光傳感器上入射的光，由此按照需要分離來自不同方向的光。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，光傳感器還包括用于按照波長范圍對光進(jìn)行濾波的至少一個顏色濾波器。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，光傳感器還包括用于對特定極化的光進(jìn)行濾波的極化濾波器。這樣的濾波器也能夠?qū)崿F(xiàn)獲得關(guān)于入射光極化的信息。由此根據(jù)本發(fā)明的這一實(shí)施例，有可能區(qū)分具有不同極化的光。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，使用微制作工藝來進(jìn)行在襯底上形成光選擇結(jié)構(gòu)陣列的步驟，其中微制作工藝是模制工藝、浮雕工藝或者光刻工藝。這樣的工藝在業(yè)內(nèi)公知，并且商業(yè)上可獲取功能良好的用于這樣的用途的機(jī)器。由此可以最小化啟動成本。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，該方法包括蝕刻光選擇固體結(jié)構(gòu)陣列。通過蝕刻光選擇固體結(jié)構(gòu)陣列，可以去除存在于光選擇結(jié)構(gòu)之間的過量材料，由此增加光傳感器的靈敏度，這是因為阻礙襯底(光傳感器)的任何過量材料會妨礙光到達(dá)在光傳感器中包括的光敏元件。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，該方法還包括使用反應(yīng)離子蝕刻和離子束蝕刻中的一種或者多種來蝕刻光選擇固體結(jié)構(gòu)陣列。這樣的技術(shù)允許選擇性蝕刻存在于光選擇固體結(jié)構(gòu)之間的任何過量材料。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，該方法還包括向光選擇固體結(jié)構(gòu)陣列涂敷射線可透材料。這樣的構(gòu)造例如使這樣形成的傳感器更不容易受到機(jī)械損壞而同時仍然允許光在光選擇結(jié)構(gòu)限定的區(qū)域之間通過。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，也有可能首先例如通過使用壓印工藝由射線可透材料制作射線可透結(jié)構(gòu)，繼而在射線可透結(jié)構(gòu)之間中涂敷光吸收材料。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，該方法還包括用光吸收材料涂覆光選擇固體結(jié)構(gòu)。這具有的優(yōu)點(diǎn)在于到達(dá)任何光選擇固體結(jié)構(gòu)的光更不容易受到例如在襯底中包括的光傳感器的反射，該反射將引起在光傳感器上的光敏元件中生成不正確信號的風(fēng)險。應(yīng)當(dāng)理解，如圖中所示本發(fā)明的示例實(shí)施例僅用于示例目的。當(dāng)結(jié)合下文具體描述和所附權(quán)利要求來考慮各圖時將清楚本發(fā)明的更多實(shí)施例。另外將理解，在附圖中提供的標(biāo)號用于便于更快理解權(quán)利要求，因此它們不應(yīng)理解為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖。圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖。圖;3B是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖，該示意示了如圖1中所示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的工作原理。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖，該示意示了根據(jù)如圖3A和圖;3B 中所示本發(fā)明的實(shí)施例的工作原理。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖，該示意圖進(jìn)一步圖示了根據(jù)如圖1中所示本發(fā)明的實(shí)施例的工作原理。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖出于舉例的目的描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中，相似標(biāo)號表明各視圖中的相同元件。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明涵蓋其它包括下文中所述特征的組合的示例實(shí)施例。此外，在所附權(quán)利要求中限定本發(fā)明的其它示例實(shí)施例。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明一個示例實(shí)施例的光方向性傳感器的示意圖，其中光吸收光選擇結(jié)構(gòu)1中的至少一些結(jié)構(gòu)如圖1中所示在其間具有不同間距或者節(jié)距。光吸收光選擇結(jié)構(gòu)布置于包括多個光敏元件3或者像素的光傳感器2上。也將理解，光選擇結(jié)構(gòu) 1由光吸收材料制成或者由已經(jīng)涂有光吸收材料的一些材料制成或者已經(jīng)通過本領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)想的任何其它技術(shù)來變成吸收光的。根據(jù)本發(fā)明的另一示例實(shí)施例，在光傳感器2上的至少一些光吸收光選擇結(jié)構(gòu)1 如圖2中所示具有不同高度。另外根據(jù)本發(fā)明的另一示例實(shí)施例，至少一些光吸收光選擇結(jié)構(gòu)1如圖3A和圖;3B中所示具有不同幾何形狀。將理解雖然附圖示出了本發(fā)明實(shí)施例的例子(其中至少一些光吸收光選擇結(jié)構(gòu)1 或者具有不同節(jié)距、或者具有不同高度或者具有不同幾何形狀)，但是仍然意味著本發(fā)明的第一方面涵蓋不同節(jié)距、不同高度和不同幾何形狀的任何組合。例如在本發(fā)明的一個示例實(shí)施例中，至少一些光吸收光選擇結(jié)構(gòu)可以具有不同節(jié)距和不同高度，或者不同高度和不
6同形狀，或者不同節(jié)距、不同高度和不同形狀等。參照圖4，現(xiàn)在將描述圖1中所示本發(fā)明示例實(shí)施例的工作原理。根據(jù)圖4中所示本發(fā)明一個實(shí)施例的光方向性傳感器包括光選擇結(jié)構(gòu)1，其中在光選擇結(jié)構(gòu)1之間的間距(節(jié)距)是變化的。如圖4中所示，光選擇結(jié)構(gòu)1限定多個如下區(qū)域，入射光可以穿過這些區(qū)域并且到達(dá)光傳感器2的光敏元件3或者像素。從右下到左下并且從右上到左上，示出了分別包括1、2、3、4、5、6、7、8、9和10個光敏元件3或者像素的光選擇結(jié)構(gòu)cl-clO。然而將理解，在傳感器上的各光選擇結(jié)構(gòu)可以包括任何數(shù)目的光敏元件。對于各光選擇結(jié)構(gòu) 1，從光選擇結(jié)構(gòu)的左側(cè)對像素數(shù)目進(jìn)行計數(shù)。例如，光選擇結(jié)構(gòu)c2具有在c2左側(cè)的像素 1和在c2右側(cè)的像素2 (根據(jù)圖4的入射光到達(dá)這些像素)。在圖4中所示例子中，出于說明本發(fā)明原理的目的而假設(shè)光來自圖的左側(cè)。后文將描述另一例子，在該例子中，光既來自左側(cè)又來自右側(cè)。根據(jù)圖4中所示本發(fā)明的示例實(shí)施例，相對于光選擇結(jié)構(gòu)在光方向性傳感器上入射的角度為θ =0°的光的強(qiáng)度L(0° )由光選擇結(jié)構(gòu)的單個光敏像素pi感測(由θ = 0°表示)。另外，角度在θ =0°與θ =1°之間的光的強(qiáng)度由光選擇結(jié)構(gòu)C2的光敏像素P2感測(由θ =0-1°表示)?，F(xiàn)在通過將在光選擇結(jié)構(gòu)c2的像素p2感測的光強(qiáng)度 I (P2，c2)減去由光選擇結(jié)構(gòu)cl的像素pi感測的光強(qiáng)度I (pl，cl)，可以確定代表角度為 1°的光的強(qiáng)度的信號L(r )。隨后如表1中所示，可以根據(jù)從更多光選擇結(jié)構(gòu)c3、c4、c5 等中包括的像素獲得的關(guān)于感測的光強(qiáng)度的信息以迭代方式確定代表角度變化的光的強(qiáng)度的信號(L(2° )、L(3° )、L(4° )等)。
權(quán)利要求
1.一種光方向性傳感器，包括-光傳感器0)，包括各自用于感測光強(qiáng)度的多個光敏元件(3)；以及 -多個光吸收光選擇結(jié)構(gòu)(10)，布置于所述光傳感器上以便形成光吸收光選擇結(jié)構(gòu)陣列，其中所述光吸收光選擇結(jié)構(gòu)中的至少一些光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的連串通過布置所述連串的各個別結(jié)構(gòu)使得它允許感測在相對于所述陣列的不同角區(qū)間內(nèi)的光而具有變化的結(jié)構(gòu)特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光方向性傳感器，其中所述結(jié)構(gòu)特性是以下結(jié)構(gòu)特性之一 -在光吸收光選擇結(jié)構(gòu)之間的間距，-光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的高度，以及 -光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的幾何形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光方向性傳感器，還包括電磁輻射阻止結(jié)構(gòu)G)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光方向性傳感器，還包括用于按照波長范圍對光進(jìn)行濾波的顏色濾波器(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光方向性傳感器，還包括用于按照色溫范圍對光進(jìn)行濾波的色溫濾波器(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光方向性傳感器，還包括用于對特定極化的光進(jìn)行濾波的極化濾波器(13)。
7.一種用于形成光方向性傳感器的方法，所述方法包括以下步驟-在襯底( 上涂敷包括電磁輻射阻止粒子的溶劑(6)以便在所述襯底上形成層，其中所述襯底包括光傳感器，所述光傳感器包括各自用于感測光強(qiáng)度的多個光敏元件；并且-將所述層形成為所述襯底上的光選擇固體結(jié)構(gòu)(7)陣列，其中所述光吸收光選擇結(jié)構(gòu)中的至少一些光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的連串通過形成所述連串的各個別結(jié)構(gòu)使得它允許感測在相對于所述陣列的不同角區(qū)間內(nèi)的光而具有變化的結(jié)構(gòu)特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)特性是以下結(jié)構(gòu)特性之一 -在光吸收光選擇結(jié)構(gòu)之間的間距，-光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的高度，以及 -光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的幾何形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中使用微制作工藝來進(jìn)行所述將所述層形成為所述襯底上的光選擇結(jié)構(gòu)陣列的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述微制作工藝是模制工藝、浮雕工藝或者光刻工藝。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中使用由柔性材料制成的印花(9)來進(jìn)行所述浮雕工藝。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括蝕刻所述光選擇固體結(jié)構(gòu)陣列的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述蝕刻所述光選擇固體結(jié)構(gòu)陣列的步驟包括使用反應(yīng)離子蝕刻和離子束蝕刻中的一種或者多種蝕刻。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括向所述光選擇固體結(jié)構(gòu)陣列涂敷射線可透材料⑶的步驟。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一權(quán)利要求所述的光方向性傳感器(10)的陣列，其中布置所述陣列中的所述光方向性傳感器使得所述光方向性傳感器中的至少一些光方向性傳感器相對于彼此定向不同。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量光特性的光傳感器。具體而言，本發(fā)明涉及一種能夠測量光特性如光方向、光準(zhǔn)直和光分布的光方向性傳感器。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種光方向性傳感器，該傳感器包括光傳感器(2)，包括多個光敏元件(3)；以及多個光吸收光選擇結(jié)構(gòu)(1)，布置于光傳感器上以便形成光吸收光選擇結(jié)構(gòu)陣列。在光吸收光選擇結(jié)構(gòu)陣列中，至少一些光吸收光選擇結(jié)構(gòu)的連串具有變化的結(jié)構(gòu)特性。通過形成該連串的各個別結(jié)構(gòu)使得它允許感測在相對于陣列的不同角區(qū)間內(nèi)的光來實(shí)現(xiàn)變化的結(jié)構(gòu)特性。另外根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于形成根據(jù)本發(fā)明第一方面的光傳感器的方法。
文檔編號G01S3/782GK102177442SQ200980140191
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者E·J·梅杰爾, H·A·范斯普朗, M·A·維舒?zhèn)? R·A·M·?？嗣诽? T·范伯梅爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司