JP5032470B2 - 偏光フィルタを形成する方法および偏光センシティブなフォトセンサへの適用と偏光を発生させる再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏光センシティブな、ないしは偏光するフィルタを形成する方法および入射する光の偏光を測定するための偏光センシティブなフォトセンサへの適用、回転角度と強い電場または磁場を測定するための偏光センシティブなセンサの構成並びに偏光を発生させる再生装置と偏光された信号を再現し、あるいは独立した信号を再生するための偏光を発生させる再生装置の構成に関する。

人間の目には通常達しない光の重要な特性は、偏光である。多くの昆虫は、ずっと以前から天空の偏光された散乱光を用いて自らを方位付けしているが、人間は遅くなって初めて偏光を利用し始めた。サングラスは、天空の散乱光を所望に抑圧する。写真家は、ガラス板または他の表面における反射を抑圧するために、対物レンズの前に回転可能な偏光フィルタを取り付ける。品質管理において、光条写真は、重要なインストルメントであって、たとえばガラスビン内の機械的応力を見えるようにすることができる。さらに、２つの線形の偏光フィルタを通過する光は、２つの偏光フィルタの相対回転角度に依存し−その強度はマリュス法則に従って角度のｃｏｓ²に伴って変化する−ことも、知られている。この法則は、角度測定のため、および表示装置内で利用することができる。

偏光の現在最も重要な使用分野は、ディスプレイ技術である。
液晶表示器（ＬＣＤ）は、一定の偏光方向を有する大面積の偏光フィルタ箔を使用して、液晶内で光学的回転または方位変更によって、この種の２つの偏光フィルタ箔の間に明と暗の交代を発生させている。偏光箔の大技術的形成は、今日ではもはや何ら問題を示さない。この種の偏光フィルタの機能原理は、マイクロスコープアンテナとして用いられる、ほぼ長鎖状の分子を、形成する間の機械的処理（圧延、伸張、摩擦、外部の電場または磁場）によって平行に方位付けすることにある。電場の振動平面がマイクロアンテナとして作用する分子に対して平行に延びるようにして、光が入射した場合に、その光が電流を励起する。それによって光は、それぞれマイクロアンテナの特性に応じて吸収され、あるいは反射される。それに対して横方向においては、取り立てて言うほどの相互作用は発生せず、光は通り抜ける。偏光依存性のための前提は、マイクロアンテナの間隔が、光波長に比較して十分に小さいことである。この種の形成方法の説明は、たとえば、ＤＥ６９６０１６２１Ｔ２（ここではこの種の箔の品質と寿命が記載されている）、ＤＥ６９０２９６８３Ｔ２およびＤＥ６８９２７９８６Ｔ２（これらも偏光フィルタのパターンに従った形成を記述しているが、局所的に異なる方位付けなし）に見られる。ＤＥ４１１４２２９Ａ１には、高い製造速度を有する偏光する鋳造箔の大技術的形成が記載されている。ＤＥ４０２６８９２Ａ１は、他のクラスの鋳造箔を記述している。ＤＢＰ１０１５２３６は、偏光する作用を遠赤外線内の波長へ広げる、形成方法を記述している。ＤＥ１９９３３８４３Ｂ４は、構造化されない偏光フィルタ箔を使用するＬＣＤディスプレイの形成に基づいており、そこではさらに、電極材料のリソグラフィック構造化が記述されている。

小規模な偏光器の形成、特に所望に異なる方位付けを有する偏光された領域を形成することは、困難である。偏光フィルタ箔を寸断して、パズルのように組み合わせることは、経済的ではなく、調整誤差に関して十分に正確ではない。ナノテクノロジーのまだ若い部門が、特に、多くは炭素または鉄からなる、光学格子およびナノパイプないしナノワイヤの形成に従事しているが（T.P.Huelser et al, "Self-assembled Iron Nanowires: Morphology, Electrical and Magnetic Properties", Material Research Society Symposium Proceedings Vol. 877E, 2005）、製造プロセスの支配は、簡単ではない。このようにして形成された構造を所望に方位付けすることも、問題を生じさせる。現在の従来技術によれば、所望に異なる方位付けを有する偏光器のマイクロアレイを形成することは、経済的に不可能である。ＤＥ１００２６０８０Ａ１は、最初は大面積で均質な、偏光された箔が選択的な後処理によってその偏光する作用を変化させる方法と、複数のこの種の箔から局所的に異なる方向に偏光するフィルタを構成する方法を記述している。各付加的な層に伴って、緩衝の他に、フィルタの重量も増大し、さらに、このように準備された箔を支持体上で正確に調整して固定することは、困難である。偏光された光の照射による初期物質の所望の重合化が、同様に記述されているが、質的には、機械的な処理によって形成された箔に及ばない。

回転角度を測定するために、多数の測定方法を有する多数の適用がある。極めて頻繁な問題提起は、たとえば信号発生器（操縦桿、ペダルなど）またはサーボを正確に位置決めするために、回転する部分における角度測定である。

サーボ３００は、目標量３０４、たとえば角度設定を得て、それを自立的に機械的な位置に変換しなければならない（図３）。そのために、サーボはセンサ３０３と、サーボモータ３０１を適切に駆動する制御回路３０２を有している。クラシックなサーボは、測定するためにポテンショメータを使用する。これは、モータまたはトランスミッションの軸と機械的に結合されており、かつたとえば回転角度の測定を可能にする。従来のポテンショメータは、両方の端部に接続端を有する、グラファイトまたは導通プラスティック製の導通する円形ディスクセグメントからなる。機械的なスライダが、導通する円形ディスクセグメントとの接点を有しており、この接点から電圧を取り出す。すなわち、それぞれ回転角度に従って、位置決め情報に対する比較量０％−１００％を表す、理想的に０％と１００％の間の分割比を有する分圧器が生じる。明らかな問題は、機械的な摩耗である。というのは、スライダが表面と接触しなければならないからである。さらに、軸上にスライダをあそびなしで取り付けることが必要である。サーボは、スライダを動かすために、摩擦力を克服しなければならず、それは、小型ターボにおいては同様に問題となりかねない。自由な回転を必要とする適用のためには、ポテンショメータも同様に不適である。

角度測定のための、同様に頻繁に生じる解決は、スリットダイアフラム４０４またはコード化ディスクと組み合わせたフォーク状フォトインタラプタ４００を使用することにある（図４ａ）。ここでは通常相対的な位置変化のみが測定される（絶対的にコード化されたコード化ディスクは、複雑であって、信号を検出するために比較的多くの手間を必要とする）という状況の他に、制御目的のためのデジタル信号の形成も、必ずしも役に立たない。サーボの位置決め精度は、ダイアフラム上の回転当たりのスリットの数によって定められる。任意に増加させることには、限界がある。というのは、調整がそれだけ正確にならなければならず、汚れや損傷の感度が著しく増加するからである。この限界を克服するために、機械的なトランスミッションを設けることができ、あるいはスリットダイアフラムの周面を増大させてはならない。両方とも、小型化とコスト削減の途上にある。さらに、誘導性および容量性の位置決めセンサ４１１があり、それらはたとえば歯車の歯４１０の通過における電圧ピークを計数することによって作業し（図４ｂ）、従って原理的に同じ問題を有している。制限された角度領域（現在では、数１０°だけ）におけるアナログの角度測定は、信号発生器５０１に対する２つの異なる基準位置５０２、５０３からの距離測定によっても行うことができる。すなわち、ポインタ５００の位置に対して誘導的または容量的に獲得された２つの測定量の比が、ポテンショメータの信号に似た−しかし機械的な摩耗と摩擦なしで−信号を供給することができる（図５）。狭い角度への制限と、測定配置の空間的広がりは、ここでも小型化に逆らう。上述したすべての場合において、さらに他の困難が加わる。測定の精度ないしセンサの機能は、機械的な誤差に依存する。さらに、測定原理のいずれも、極端に高い回転速度には適していない。

本発明の適用領域の１つである、ステレオスコープ画像の再生のために、種々の競合する方法がある。ＤＥ１９９２４０９６Ｃ２においては、投影されるステレオ画像を位置に関係なく観察することを可能にするために、直交する偏光と組み合わせて、３原色レーザー（Ｒ／Ｇ／Ｂ）とホログラフスクリーンが使用される。種々の偏光平面間の交代は、光学的変調器と光路内の位相プレートによって行われる。小型化は、ここでも制限つきでしか行うことができない。
ＤＥ１９５１０６７１Ａ１には、各ピクセルによって異なる割合の直交偏光方向を発生させることができる、ＬＣＤスクリーンが記載されている。その場合に、ある種のダブル−ＬＣＤ−構造が使用され、その場合に、第１の構造は、強度と色を扱い、第２の構造は偏光された光の方位変更ないし直交コンポーネントへの持分に応じた分解を扱う。この発明がそこに記載されている代替案に比較して著しい改良を提供し、特に解像削減も画像率の削減も持たないにもかかわらず、機械的問題、調整問題および重量が、この解決においてますます重大になるであろう。しかしこの効果は、場所選択的な偏光フィルタによってではなく、液晶を場所選択的に駆動することによって得られる。このディスプレイの駆動は、特殊な計算ステップを必要とし、その計算ステップにおいて２つの個別画像が適切に重畳される。左目と右目のため、ないしは異なる観察者のための完全に独立した画像内容は、独立したピクセルが提供されないので、多分、人工物なしでは表示できない。個々のピクセルを固定位置で固定的に駆動し、それによって異なるように偏光されたＬＣＤピクセルを有するマトリクスが生じることが、考えられる。この場合において、このスクリーンは、この発明の形態に近づく。もちろん、その場合にスクリーンの実効解像度は削減される。さらに、第２のＬＣＤ層がどのような精度で光を回転させることができるか、従って部分画像の分離をどの程度完全に行うことができるか、は明らかではない。

従って本発明の課題は、狭く限定され、予め方向性を定められた偏光フィルタを形成する適切な方法を提供することと、それに基づく、従来その利用が問題であった、適用例を記述することである。

上で導き出され、かつ示された課題は、本発明の第１の教示によれば、所望の広がりと方位を有する偏光センシティブなフィルタを形成する方法によって解決され、その方法においてリソグラフィック方法によって少なくとも１つの製造平面および／または配線平面内に格子構造が形成され、その幾何学的構造と方位は前もってマスクデータの設計によって定められており、その場合に好ましくは集積された回路を設計する場合に一般的な構造大きさと製造ステップのみが使用される。

重要な前提は、形成することができる最小の構造が、偏光すべき光の波長よりも小さいことである。これは、赤外線については、たとえば１３０ｎｍテクノロジーの場合がそうである。リソグラフィック形成においては、ＣＡＤを介して描かれた構造が、露光マスクへ転写される。ウェハを感光性レジストないしフォトレジスト（フォトラッカー）でコーティングした後に、フォトマスクが、レジストの所定の領域を後続の露光の光から保護するために、使用される。次に、レジストの露光された領域ないし未露光の領域が、選択的にエッチング除去される。このようにして、ウェハの所望の領域が、他の形成ステップのために接近できるようになる。たとえば、金属平面内に偏光フィルタを形成しようとする場合には、通常、フォトレジストを塗布する前にウェハ上に全面的に金属が蒸着される。塗布し、露光マスクによって定められる領域をエッチング露出した後に、もはやレジストによって保護されていない領域内で、金属がエッチング除去される。次に残りのレジストが除去された場合に、ＣＡＤデータに従って構造化された金属が残る。現在のテクノロジーは、複数の配線平面を使用する。しかし、１００ｎｍの規模の構造によって、１つの平面内でわずかなコントラスト比のみを得ることができる。

上で導き出され、示された課題は、本発明の第２の教示によれば、所望の広がりと方位を有する偏光センシティブなフィルタを形成する方法によって解決され、その方法において、レジストでコーティングされた支持体上に、予め定められた偏光方向の偏光された物質が、圧力、温度などのような、少なくとも１つの物理的および／または化学的な影響量の作用を受けて、支持体に対して所定の角度で塗布され、その場合に支持体の所定の領域が、たとえばコーティングとエッチングによって、レジストを除去され、かつその場合に支持体上の偏光された物質の硬化および／または冷却後に、余分な偏光された材料および／またはまだ覆われている領域のレジストが、エッチングおよび／または研磨手段によって除去される。

その場合に、予め定められた偏光方向の、偏光された物質は、たとえばＬＣＤディスプレイのための、大面積の偏光箔を形成するために一般的であるような方法によって、前もって形成することができる。たとえば、長鎖の分子を有する材料、ナノパイプないしナノワイヤが、伸張と圧延のような機械的処理によって偏光特性を形成する。というのは、長鎖の分子、ナノパイプないしナノワイヤは、平行に方向付けされているからである。ここで説明する方法に基づいて使用するための材料は、好ましい粘度を有し、あるいは、たとえば溶剤を添加することにより、または圧力および／または熱のような外的な力の作用を受けて、好ましい粘度にすることができる。好ましくは、偏光された物質は、固体の転写箔またはドラムから支持体上へ転写することができる。その場合に、コーティングすべき領域の決定は、モノリス状に集積された回路上に構造をリソグラフィック形成する場合と同様にして行われる。たとえば、好ましくは、リソグラフィーから知られたフォトレジストと普及している露光およびエッチングプロセスで準備された原画が、与えられた箇所に開口部を提供し、その開口部内へフィルタ材料が圧入されて付着する。このプロセスにおいては、フィルタ材料の方位は、変更されない。このように転写されたフィルタ材料は、特殊な処理によって硬化され、従って不変にされる。材料は、フォトレジストで覆われた領域上にもあるので、次に化学的または機械的な洗浄を行うことができ、その洗浄においてコーティングされた表面が除去され、かつ平坦にされて、フォトレジストで保護され、フィルタ材料でコーティングされた領域の平坦な配置が生じる。それぞれ他の処理に従って、残っているフォトレジストを完全に、あるいは部分的に除去することができ、それによってその下にある領域が露出される。

上で導き出され、かつ示された課題は、本発明の第３の教示によれば、請求項１０の特徴を有する光の偏光を測定する装置によって解決され、その装置において、少なくとも１つの検出エレメントが偏光フィルタと共に協働して、偏光センシティブなセンサになるように構造的ユニットとして配置されており、そのユニットの偏光平面は、検出エレメントの定められた基準軸に対して所定の角度で方向付けされており、その場合に基準軸は装置のハウジングに設けられたマーキングを用いて認識できるようにされている。これは、最も簡単な場合においては、検出エレメント、たとえばフォトダイオード上に偏光箔を接着することによって、あるいは請求項１から９のいずれか１項に記載の方法または他の代替案を使用することによって、行うことができる。偏光平面の方向付けが正確にわかっている、偏光センシティブなセンサの構造的ユニットは、たとえば、一部この発明の下位請求項に記載されているような、多数の適用において偏光を利用するための基礎を形成する。フィルタの方位付け方向の必要な認識とセンサおよびフィルタの互いに対する正確な整合は、構造的ユニットが適用を著しく容易にすることをもたらし、構造的ユニットはセンサハウジングにおいて認識可能であることに基づいて、何ら光学的特殊工具を必要としない。

上で導き出され、かつ示された課題は、本発明の第４の教示によれば、請求項１１の特徴を有する、少なくとも１つの検出エレメントを有する、光の偏光を測定する装置によって解決され、その場合に検出エレメントの上方において少なくとも１つの製造平面および／または配線平面内に、リソグラフィック方法によって形成された格子構造が設けられており、その幾何学的構造と方位付けは、前もってマスクデータを設計することによって、偏光センシティブなセンサが構造的ユニットとして形成されるように、定められており、その場合に好ましくは集積回路を設計する場合に通常の構造大きさのみが使用され、かつ集積回路を形成するための通常の製造ステップが使用される。集積回路を形成するために一般的な形成ステップの適用と、それに限定することが、偏光センシティブな光学センサを有する集積回路を、付加的な手間なしで形成する可能性をもたらす。その場合にフィルタを形成してセンサに対して整合させることは、集積回路の残りにおけるのと同じ高さの精度で行われる。その場合に偏光フィルタの構造は、マスクデータを用いて記述され、そのマスクデータは残りの形成も制御する。前提は、実質的に、形成することができる最小の構造が、偏光すべき波長よりも小さいことである。平行な細片を有するフィルタの格子周期は、波長の半分よりもずっと小さくされる。所望の広がりと方位を有する格子構造のフィルタは、リソグラフィック方法によって少なくとも１つの製造平面および／または配線平面内に形成することができ、その幾何学的構造と方位は、前もってマスクデータの設計によって定められており、その場合に好ましくは集積回路を設計する場合に許される構造大きさのみが使用される（いわゆるデザインルール）。今日普及している１３０ｎｍかそれより小さい構造大きさにおいて、明確な偏光作用は、赤外線の領域で達成することができる。１層のフィルタを有する１３０ｎｍテクノロジーにおいて、たとえば１．５μｍの波長について、約１：３のコントラスト比が達成できる場合には、伝送機能のチェーン化に従って複数のフィルタ層を相前後して接続する場合に、第１の近似においてコントラストが増大する。すなわち、細かく構造化することができるすべてのポリ−および金属−平面を利用する場合に、標準テクノロジーにおいて高いコントラスト比が得られ、唯一の付加的なプロセスステップは必要とされない。フィルタ箔を別に形成することを省く他に、この方法によれば、面積当たりのセンサの数を著しく増大させることができるので、同じか、より小さい空間上でより多くの情報が獲得される。積層されたフィルタ平面の幾何学配置を特別に選択する場合、ないし所定の波長において、コントラストをさらに増大させるために、共振効果を効果的に利用することができる。

上で導き出され、かつ示された課題は、さらに、本発明の第５の教示に従って、請求項２２に記載の特徴を有する装置によって解決され、その場合に、偏光された光を発生させるために、少なくとも１つの発光素子が偏光フィルタと共に協働して、偏光する発光素子になるように構造的ユニットとして配置されており、そのユニットの偏光平面は、発光素子の定められた基準軸に対して予め定められた角度で方向付けされており、その場合に基準軸は装置のハウジングに設けられたマーキングを用いて認識できるようにされている。この種の構造的ユニットについて、請求項１０に記載の装置におけるのと同様な、適用における利点が得られ、たとえば正確に方向付けされた、偏光された光の発生は、特殊な光学的器具を必要としない。

上で導き出され、かつ示された課題は、本発明の第６の教示によれば、請求項２３に記載の特徴を有する装置によって解決され、その場合に偏光された光信号、特に画像信号を発生させるために、少なくとも複数の発光素子が設けられており、それらの発光素子に周期的に、異なる、前もって定められた方位付けの偏光するフィルタが設けられており、その場合に異なる方位付けの偏光するフィルタは、好ましくは１つの平面内に位置している。実現するために、請求項１から９のいずれか１項に記載の本発明に基づく形成方法が提供される。偏光する発光素子のグループからなる周期的配置が効果的であって、その偏光平面は相補的な偏光センシティブな画像センサのそれに相当する。この場合において、偏光情報を有する画像を再生することができる。

上で導き出され、かつ示された課題は、さらに、本発明の第７の教示によれば、請求項２５に記載の特徴を有する装置によって解決され、その場合にステレオスコープ画像を効果的に再生する投影装置は、プロジェクタが投影面上に２つの半画像を投影し、その投影面には空間的に異なる偏光方向を有する偏光フィルタが設けられており、その場合に好ましくは交互に２つの互いに直交する偏光平面が使用されることを特徴としている。

上述した本発明に基づく対象の好ましい形態が、下位請求項の対象であって、以下で詳細に説明する。

請求項１に記載の偏光フィルタを形成するための、本発明に基づく方法の好ましい形態によれば、リソグラフィック構造化のために強磁性材料が使用される。

透磁率μｒに基づいてスキン深さσが減少され、それによって入射する光を吸収するためにより薄い層を使用することができる。より薄いフィルタは、光が法線に対して大きい角度で入射した場合に、効果的である。

本発明に基づく方法の他の好ましい形態によれば、偏光に利用される導体路が、コーム（櫛）状に接続される。その場合に介在する誘電体は、高い電圧の印加によってストレスを受け、従って屈折率が影響を受ける。このようにして、フィルタの挙動が電気的に調節される。

本発明に基づく方法の他の好ましい形態によれば、偏光に利用される導体路は、屈折率を調節するために、ヒータ電流によって貫流されることができるように、接続される。このようにして、フィルタの挙動が電気的に調節される。

請求項５または６に記載の偏光フィルタを形成するための、本発明に基づく方法の好ましい形態によれば、偏光する物質を形成するために、フィルタリングすべき波長のスキン深さよりも大きい直径を有するナノワイヤが、誘電体内に埋め込まれ、その場合にナノワイヤのために、好ましくは鉄のような強磁性材料が使用される。

本発明に基づく方法の他の好ましい形態によれば、フィルタの伝導性の偏光する構造間の誘電体として、低い屈折率を有する材料が使用され、その材料が、与えられた波長および偏光する構造の幾何学配置において偏光特性を改良し、ないしは必要とされる最小構造大きさを増大させるために、さらに低い誘電定数を有するメタ材料に変換される。これに関連して、メタ材料と見なされるのは、特に発泡された、ないしは多孔性の物質である。適した初期物質は、たとえばガラス（ＳｉＯ₂、ε_r≒４）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ、Ｃ₈Ｈ₆、ε_r≒２．５）であって、その場合に孔は、好ましくは空気で満たされている。

本発明に基づく方法の他の好ましい形態によれば、形成後に、最小の誘電定数を有する伸張された領域を形成するために、偏光フィルタの誘電体の一部が選択的エッチングによって除去される。このようにして形成されたキャビティの大きさは、好ましくは、偏光する構造が残っている、回りの誘電体によって支持されるように、寸法決めされている。従って偏光する構造の方位付けに対して横方向にビーム状に広がる溝のエッチングが効果的であって、その場合に溝の幅は、フィルタリングすべき光の波長よりも大きくすることができる。偏光する構造によって貫通されるキャビティは、好ましくは空気で充填されている。

請求項５に記載の偏光フィルタを形成するための、本発明に基づく方法の好ましい形態によれば、方法が連続的に、支持体に対する偏光する物質の異なる方向によって、支持体の異なる領域へ適用され、その場合に前もって形成されている偏光する領域が、好ましくは薄いレジスト層によって保護され、そのレジスト層は形成の最後に除去することができる。それによって、既知で異なる方位の、正確に限定された領域が生じ、その領域は同じ平面内に位置し、従って光センサまたは発光素子に対してできる限り小さい距離を有することができる。それによって、同じ効果を得るために、不活性化された領域を有する複数のフィルタ層が使用される、代替的な方法に対して、重量とコストの利点が得られる。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の好ましい形態によれば、少なくとも１つの検出エレメントが設けられており、その場合に検出エレメントの上方においてリソグラフィック方法によって形成された格子構造が少なくとも１つの製造平面および／または配線平面内に設けられており、その格子構造の幾何学的構造および方位は、前もってマスクデータの設計によって、偏光センシティブなセンサが構造ユニットとして形成されるように定められており、その場合に好ましくは、集積された回路を設計する場合に一般的な構造大きさのみが使用され、かつ集積された回路を形成するための一般的な製造ステップが使用される。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の好ましい形態によれば、偏光平面の異なる方向づけを有する、少なくとも２つの偏光センシティブなセンサが設けられ、そのセンサの少なくとも１つは前の請求項のいずれか１項に従って形成され、偏光平面の異なる方向付けを有しており、その場合に装置は、偏光センシティブなセンサの信号から、入射する光の偏光に関する情報を示すように形成されている。装置は、たとえば、それぞれ２つのセンサ信号から比を形成することによって、入射する偏光された光の偏光平面を、その輝度に関係なく、定めることができる。その方位付けが４５°またはそれより少なく異なる、偏光平面が効果的である。というのは、線形性に対する要請が小さい場合には、マリュス法則に基づき非線形のセンサ挙動を線形化することなしで、比の形成を行うことができるからである。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の他の好ましい形態によれば、多数の偏光センシティブなセンサが、入射する光の偏光に関する情報を有する画像を記録するのに適しているように、配置され、かつそのそれぞれの偏光方向において、そのように方位付けされている。そのために、好ましくはまず、画像センサの場合に一般的であるように、フォトセンサの規則的構造が形成される。後の製造ステップにおいて、偏光センシティブにされるべきすべてのセンサ素子のために、偏光フィルタが定められた周期的な方位付けで設けられる。たとえば、２＊２センサとそれぞれ４５°回動されたフィルタを有する周期的セルが効果的である。この種のセンサは、たとえば品質管理に適用することができ、そこではこの種の装置によって拡張されたシュリーレン写真が、機械的応力の強さと種類に関する説明を可能にする。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の他の好ましい形態によれば、少なくとも１つのカラーフィルタが設けられている。この形態は、画像を記録するのに適したフォトセンサの構造が規則的である場合に、特に効果的である。というのは、画像の情報含有量がずっと増大されるからである。別々のカラーフォトセンサと偏光センシティブなフォトセンサを有する実現の他に、それぞれフォトエレメント当たり２つの種類のフィルタが組み合わせて適用される、他の実現も可能である。フィルタ配置が次のように、すなわち、偏光されない光のみが使用される場合に、記録された信号が従来のカラー画像センサの信号と異ならないように、選択されている場合に、最も適切な形態が得られる。普及している画像センサレイアウトは、Ｂａｙｅｒレイアウトであって、カラーピクセルが２＊２フォトエレメントのアレイから形成され、かつたとえば赤、緑、緑と青のためのカラーフィルタを有している。それぞれ４つのカラーピクセルが、２＊２アレイの形式でスーパーピクセルにまとめられ、その場合に好ましくは各カラーピクセルがスーパーピクセル内部で隣接カラーピクセルに対して４５°変位した、偏光フィルタの方向付けを有している場合に、偏光されない光について、センサの挙動と解像度は従来のカラーセンサに比較して変化せず、単に入射する光量が約半分に減少するだけである。完全に偏光された光の場合においては、実効解像度は２５％に減少される。というのは、各カラーピクセルは、正しい偏光平面の光のみを優先して記録するからである。次の画像処理において、偏光センシティブでない画像センサによって記録されるであろうものと同一の画像を得るために、各スーパーピクセルのすべてのカラーピクセルの情報を代替ピクセルになるように完全な加算を行うことができる。しかし、加算を適切に重みづけする場合には、各スーパーピクセルについて、偏光された光がどのような強さで、かつどのような方位付けで表示され、ないしは抑圧されるべきか、を決定することができる。写真撮影されたシーンが、たとえば複数の異なる反射を有し、その光が異なる方位付けで偏光されている場合に、写真家は従来技術に従って、対物レンズの前に回転可能に配置された偏光フィルタを用いて１つの反射だけを除去することができる。従来のカメラによってすでに撮影されている画像は、もうそれ以上適切に処理することはできない。というのは、その画像は偏光状態に関する情報を何ら含んでいないからである。本発明に基づく装置によって、写真家は、後から２つの反射を所望に除去することができ、しかしまた反射を所望に増強することもできる。この装置の説明した好ましい形態において、これはさらに、カラー選択的な方法で可能である。芸術家的なアスペクトの他に、この種のセンサは、監視カメラ、たとえば交通監視において、反射を除去するために使用するのにも適している。各個々のフォトセンサは、個別の場所に関する情報を有しているので、後に表示するために、代替ピクセルへの合計よりも手際のよい、センサデータの操作が可能であるので、理想的な場合においては、強い偏光が行われ、かつ／または所望に操作される領域内では、画像解像度の局所的かつほとんど感知できない減少しか生じない。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の他の好ましい形態によれば、偏光された発光素子と偏光センシティブなセンサによって、偏光された発光素子と偏光センシティブなセンサの間の回転角度が求められる。偏光された光の使用が、複雑な調整なしで、角度の接触のない、かつ力のない測定を可能にする。請求項１０ないし２２に記載の偏光された発光素子と偏光センシティブな受信器の構造的ユニットの使用が、特に効果的である。というのは、フィルタを調整するための特殊な光学的工具が省かれるからである。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の他の好ましい形態によれば、回転可能な偏光フィルタが、少なくとも１つの偏光センシティブなセンサと少なくとも１つの発光素子との間に設けられる。この装置は、構造において、スリットダイアフラムを有するフォーク形フォトインタラプタに似ており、その場合にスリットダイアフラムの代わりに偏光フィルタが使用される。寸法が小さい場合には、スリットダイアフラムによっては小さい解像度しか得られない。というのは、スリットが小さくなるほど、高い調整が要請され、汚れや傷に基づく故障確率が増大するからである。この問題は、偏光フィルタを使用する場合には、生じない。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の他の好ましい形態によれば、少なくとも１つの偏光センシティブなセンサ、発光素子、回転可能な偏光フィルタおよび反射する媒体が互いに対して次のように、すなわち、発光素子から出た光が反射する媒体で反射されることができ、回転可能な偏光フィルタを通過することができ、かつ少なくとも１つの偏光センシティブなセンサによって検出されることができるように、配置されている。この形態において、発光素子とセンサは、共通に１つの平面に配置し、共通に集積することができるので、フォーク形のフォトインタラプタに比較して、よりコンパクトで軽い組立て形状が得られる。偏光フィルタと反射する媒体、たとえば紙またはマットな金属の配置が、透過光測定が可能ではない状況においても、回転角度の測定を許す。すなわち、この配置は、歯車上あるいは軸そのものに取り付けることができる。それによって装置の大きさと重量が著しく削減され、遠心力に基づいて回転数が高い場合でも、適用を行うことができる。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の他の好ましい形態によれば、偏光センシティブなセンサが、アクチュエータを駆動し、かつ測定信号を目標量と比較するための装置と共に協働するように配置され、特に集積されている。特に請求項１７に記載の装置においては、最小の製造および調整の手間と費用で、同時に最小の大きさで、サーボを実現することができる。角度測定が直接サーボモータのモータ軸において行われる場合には、サーボの大きさが実際にモータの大きさに減少される。小さい操作角度ステップのためには、ステッピングモータまたは超音波モータが特に適している。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の他の好ましい形態によれば、電子的に校正する手段および／または校正データを記憶するためのメモリが設けられている。このデータは、特に理想的でない挙動を考慮すべき場合に、装置の信頼性と精度を高めることができる。マリュス法則の他に、フィルタの不完全な偏光または漏れ電流も、理想的でない挙動に属する。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の他の好ましい形態によれば、自動的に校正する手段が設けられている。すなわち、校正データは最初の駆動開始の後に、あるいは駆動中に途中で求められ、かつ／または更新されることができる。サーボ目標設定が、たとえば十分に大きい角度にわたって変化した場合に、少なくとも１つの偏光センシティブなセンサが途中で、種々の理想的でない挙動と関連する、最小の測定値を供給することが、保証される。それによって高価で複雑な手動の調整を回避することができる。

光の偏光を測定するための、本発明に基づく装置の他の好ましい形態によれば、少なくとも１つの偏光センシティブなセンサ、透明な媒体および偏光された発光素子が設けられており、その場合に発光素子の偏光された光が透明な、好ましくはファラデー効果またはカー効果を利用するのに適した媒体を通過した後に、偏光センシティブなセンサによって検出される。この種の装置は、強い静的および動的な磁場または電場を測定するのに適しており、定められた形状の透明な媒体のみを必要とするが、測定すべき場内の電気的または磁気的部分は必要としない。従って、特に急速に変化する場においても、ホールゾンデまたは測定コイルに比較して種々の利点が得られる。

偏光された光を発生させるための、本発明に基づく装置の好ましい形態によれば、請求項２２または２３のいずれか１項に記載の装置によってステレオスコープ画像および／または２つの独立した画像を観察するために、異なる観察者および／または同一の観察者の両目に、好ましくは回転可能な偏光フィルタを使用することによって、表示される画像の一部のみを示す手段が設けられている。すなわち、たとえば２つの回転可能な偏光フィルタを有するメガネを、片目に正しい偏光方向の情報のみを供給するために、使用することができる。このようにして、観察者の両目が、異なるパースペクティブから撮影されたシーンを観察することができ、それが立体的な知覚をもたらす。別々に知覚される、種々の情報を表示することもできる。同様に、異なる観察者が、同じ装置を見る場合に、異なる情報を知覚することも、考えられる。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明し、そのために添付の図面を参照する。
本発明の実施例の特別な説明：
例１：集積回路の製造ステップに限定する場合の、フォトリソグラフィーの手段による構造化された偏光フィルタの形成

所望の方位付けを有するナノ構造を形成することには、問題があるが、これはナノ技術においてはずっと以前に解決された問題である。構造は、ＣＡＤシステム内で描画され、露光マスク上に通常拡大した寸法で複製されて、フォトリソグラフィック方法を用いて露光マスクから支持体ないしウェハ上へ転写される（図１ａ）。その場合に通常、まずウェハ１がフォトレジスト３によってコーティングされ、次にウェハが露光マスク４を通して露光されるので、所定の部分が後続の化学的プロセスに応答し、従ってたとえば溶液６によってエッチングすることができる。次に、たとえば前もって形成された全面的な金属２を構造化するために、エッチング溶液７による他のエッチングプロセスを実施することができ、あるいは拡散プロセスまたは移植プロセスを実施することができる。この場合において、残っているレジスト構造３が、プロセス化から所定の領域を保護する。長い間、光学的に有効なフィルタを形成するために、マイクロエレクトロニクスにおいて経済的に形成することができる最小の構造大きさは、光波長に比較して十分に小さくなかった。これが近年になって変化した。従来の１３０ｎｍあるいはそれより細かい製造テクノロジーが、製造プロセスの変更なしで、偏光フィルタの形成を可能にする。そのために、平行な導体路がフォトセンサ上のゲートポリシリコンまたは金属平面上に形成される。コントラストを向上させるために、複数の製造平面、従ってたとえばポリ、金属１、金属２、…、金属Ｎまでの層列を重ねて使用することが、提供される。最近のプロセスは、現在、２ポリ平面と８金属平面を上回る平面を有しているので、１０までのフィルタを相前後して接続することが可能である。所定の波長において個々のフィルタのコントラスト比が３しかない場合でも、相前後して接続された４つのフィルタは、理想的な場合において、すでに３^４＝８１である。しかし、現在主流である、慣用の波長９５０ｎｍと１．５μｍを有する赤外光への適用が、経済的に有意義である。というのは、各小型化は、複雑なマスクと露光技術を有する最小の構造大きさを伴うからである。従ってこの考え方は、従来の製造テクノロジーによって何ら付加的な手間なしで使用可能な光学的フィルタが実現される場合において、特に興味深い。特殊な適用を大市場で正当化するのは、０．１３μｍあるいはそれより小さいテクノロジーにおける形成である。というのは、マスクコストの増加は、チップ面積が小さくなることに基づいて、個数コストの減少によって十分に補償されるからである。長波光でしか使用できない欠点に対して、このように実現されるフィルタは、通常の偏光フィルタ箔のように、化学的または熱的な安定化問題を持たないことが利点である。従って極めて低い温度へも、極めて高い温度へも、駆動条件の拡張が可能である。図１ａは、そのまま偏光フィルタの構造化にも使用することができるような、従来技術に基づく１層のフィルタのための製造ステップの順序を図式的に示している。これに関連して、製造の技術的詳細は、何ら役割を果たさず、従ってポジ方法もネガ方法も同様に適用することができ、露光のために光の変わりにＸ線を使用することができ、電子ビームリソグラフィーまたはイオンビームリソグラフィーを使用することができ、これは、場合によってはフォトマスクを完全に省き、かつ指向性ビームによって構造をレジスト内に書き込む。ここで、フォトリソグラフィーが優先的に取り扱われるのは、それが普及しており、かつ安価であるためである。図１ｂは、１層のセンサレイアウトの例を上面で示している（簡略化されており、寸法通りではない）。この場合にセンサ１００は、好ましくは金属で覆われた領域１０１（その下に処理するエレクトロニクスが存在し得る）とセンサ領域１０２を特徴としており、そのセンサ領域はそれぞれ、光を偏光するために、特殊な構造を有している。その場合に領域１０２のハッチングは、形成される構造を象徴している。図１ｃは、それに属する簡略化された横断面を示しており、その場合にフォトセンサとしてｐｎ−ダイオード１０５が示されている。ここでは、カバー１０９に加えて、光を通さない壁１０６が示されており、この壁はたとえばビアないし接点から形成することができ、光が斜めに入射した場合に、隣接するセンサの影響を阻止する。ここでは、配線平面１０７と１０８は、ｐｎ−ダイオード１０５を接触させるために用いられ、偏光フィルタは、通常ＭＯＳトランジスタのゲートを形成する、ポリ−シリコン層１０２上に実現されている。なお、機能方法において異なる、誘電性および金属の光学フィルタもある。ポリ−シリコン層の処理は、両方の方法に基づく処理を許す。本発明方法にとって重要なことは、製造するために使用されるデータが、光学フィルタ、たとえば、線形の偏光フィルタまたは他の光学フィルタを得るための、できるだけ小さい幅とできるだけ小さい、互いに対する間隔を有する長い平行な細片、を記述することだけである。

偏光する特性の著しい改良は、誘電率を著しく減少させた場合に得られる。従って、最良の誘電体は、空気である（Ｅ_r＝１）。集積回路のための典型的な形成プロセスは、ボンドパッドの上方の被覆酸化物を除去する、不働態開口部用のマスクを有している。上方の層における不働態の厚みと高い許容誤差に基づいて、得られるエッチング深さは、通常、極めて高く、かつ、金属がプロセスを停止させない場合に、中央または下方の配線平面内まで達する。この特性は、特に、ＩＣのアウターエッジに破断すべき箇所を形成するためにも、使用される。図１ｄには、４つの重なり合ったフィルタ平面１０２を有する、この種のフィルタの断面図が示されている。特に、通常最下層ほど細かく構造化することができない、中央の配線平面は、誘電体の除去によって利益を得ている。誘電体１１１としてガラスが使用される場合に、偏光のための限界波長は、ファクター２だけ減少する。キャビティ１１２を形成するために、ノーマルな不働態エッチングを使用することによって、同様に、形成する場合の付加的なコストが回避される。

例２：集積回路を形成するための製造ステップと比較し得る、付加的な製造ステップの使用における、フォトリソグラフィーの手段による構造化された偏光フィルタの形成

偏光フィルタをより短波の光で、従ってたとえば全可視領域内で使用することができるようにするために、例１における手段とは異なる手段による実現が、より経済的である。適切な特性を有する偏光フィルタ箔の大きな技術的形成は、統御されるので、ミクロ構造化されたフィルタを形成するために、この種の箔とリソグラフィーの方法との組合せを使用することができる。必要とされる偏光フィルタ箔のために、様々な形成方法を使用することができる。通常のポリマーの他に、樹脂内に埋め込まれたナノパイプまたはナノワイヤも提供される。この種のフィルタの形成は、たとえばＬＣＤ表示器のための大面積のフィルタを形成する方法と同様な方法で行うことができる。すなわち、長鎖の分子、ナノパイプまたはナノワイヤが、外部の影響、たとえば電場または磁場の影響によって、あるいは摩擦または伸張によって、力方向に平行に方位付けされ、それによって方位付け方向がわかっている。これらの分子ないしパイプまたはバーがその方位付けを維持するために、それらは支持体物質内に埋め込むことができ、その支持体物質がそれらに機械的な安定を与える。偏光作用を有するこの種の硬化可能な物質２０６が、ドラム２０３ないしキャリア箔２０７上に塗布された場合に、この物質は後の時点で他の外部の力、たとえば圧力２０４および／または温度２０５の作用を受けて、支持体；ウェハないしセンサ２００上へ転写される（図２ａ）。フォトリソグラフィックプロセスによって、選択的に個々のセンサフィールドをコーティングのために露出させることができる。

リソグラフィーによる偏光フィルタの構造化のために、２つの原理的な代替案がある：

第１の代替案は、集積回路のための金属平面の構造化と比較し得るものであって、従って方法の適用は、アルミニウム層ないし銅層２が偏光フィルタ層に置き換えられる限りにおいて、図１ａに相当する。前もって支持体を偏光する物質で全面的にコーティングした後に、次にこの物質が選択的にエッチング除去される。以降のステップにおいて、様々な偏光方向を有するフィルタを形成するために、好ましくは、前もってエッチング露出された領域が偏光しない物質で充填され、次に表面が平面化され、それによって偏光する物質の様々な方位付けを有する、以降のコーティングプロセスのための完璧な土台が得られる。この場合において、その厚みが個別層の厚みの複数倍になる層列が得られ、その場合に異なる方位付けを有するフィルタ領域は、支持体ないしセンサに対して異なる間隔を有しており、それが欠点となり得る。さらに、充填物質によって最大の光通過が減少される。

逆のやり方も、可能である。その場合に、まず、リソグラフィーレジスト２０１によって開口部を有するマトリクスが形成され、次にその開口部内へフィルタ物質２０６が圧入される。物質の硬化後に、余分な材料が研磨方法（ＣＭＰ）および／またはエッチング方法によって除去される（図２ｂ）。象徴的に、研磨体２０３によって材料が除去される。その場合に研磨体２０３と研磨すべき材料２０２および２０１との間に直接的な接触をもたらす必要はなく、力を伝達し、場合によってはエッチングする液体を、同様に効果的に使用することができる。次に、このように準備された支持体ないしセンサを、薄いカバー層２０８によって保護することができる（図２ｃ）。レジストによって保護された残りのフィールドを何回かエッチングし、種々の角度でコーティングプロセスを繰り返すことによってだんだんと、図１ｂに示すように、様々な方位付けの選択的な偏光フィルタを有するフィルタ配置が生じる。このプロセスステップの後に、表面に永続的な保護層を設けることができる。ＩＣ形成とはやや異なるこの方法は、特に、異なる方位付けを有する複数のフィルタを実現しようとする場合に、利点を有している。というのは、すべてのフィルタ領域が同一平面内にあって、出来上ったものは、単独のフィルタ平面の厚みしか持たないからである。充填材料が必要とされないので、付加的な光損失が省かれ、さらに重量が最小限に抑えられる。この方法においては、リソグラフィーマスクとフィルタ材料ないし支持体との間の接触は必要とされないので、マスクの機械的摩耗は生じない。これは、他の場合において同様に偏光フィルタの構造化に適用することができる、マイクロまたはナノエンボス技術に比較して、利点である。さらに、エンボスマスクの形成は、集積回路から知られた方法に対応せず、そのことがこれを経済的に興味のないものにしている。

偏光フィルタの形成前または後に、ＣＣＤ画像センサまたはＣＭＯＳ画像センサにとって一般的な、たとえばカラーフィルタの塗布のような、加工ステップも行うことができる。マイクロレンズは、好ましくはフィルタの後に形成される。というのは、マイクロレンズは、平坦な土台を提供しないからである。この付加的な層は、同時に、比較的敏感な偏光フィルタのための保護として使用することができる。

製造技術的詳細は、本発明の構成部分ではない。すなわち、コーティングプロセスは、空気の封入を回避するために、好ましくは多分、真空内で実施される。２００へのフィルタ物質２０６の付着を改良するために、２００の表面の前処理が必要となる場合もある。この問題は、使用される物質とその特性に依存している。

例３：角度測定のための偏光センシティブなセンサ

極めて頻繁な問題提起は、たとえば信号発生器（操縦桿、ペダルなど）またはサーボの位置決定のための、回転する部分における角度測定である。冒頭で述べたように、普及している測定方法は、特に小型化と測定速度が増す場合に、解像度ないし調整誤差に関して制限を有している。光の偏光の利用による角度の測定は、多くの問題を回避することができる。

従来の手段によって、たとえば、回転可能な測定偏光フィルタの後方にフォトセンサを配置し、偏光方向の未知の方位の偏光された光を照射し、種々の回転角度について、マリュス法則に従って変化する、測定された信号を記録することができる。信号が最大値を有する場合に、測定偏光フィルタの方位は、入射する光の偏光方位と同一である。これは、機械的に大きく、かつ比較的複雑な解決である。これは、測定すべき信号が測定の間変化しないことを、前提としている。固定的に取り付けられた偏光フィルタ、たとえば接着された偏光フィルタ箔、を有する複数のフォトセンサの使用が、その代替案を示す。各センサのフィルタ方位付けは、たとえば９０°または４５°のステップで行うことができる。さらに簡単なのは、偏光方向のわかっている同一の偏光するセンサを、構造的なユニットとして使用し、それを異なる方位で配置することである。すべてのセンサの信号を評価することによって、入射する光の組成を求めることができる。しかし、問題なのは、２つ以上の個別センサからなる、センサ全体の光学的に有効な面積が、機械的に操作される個々のセンサの面積よりも、大きいことである。これは、センサ面全体に測定信号が均一に提供されなければならないことを、意味している。

個別センサと偏光フィルタを、図１ｂにおけるのと同様な構造で、集積されたセンサにまとめることによって、個別センサの面上のすべての含まれる偏光平面の同時の測定が可能になる。従って、この集積されたセンサは、入力信号の変化速度に関する制限も持たない。

個々のセンサ信号の評価は、好ましくはセンサ上にまとめることができるので、利用者にとって容易に処理できる測定結果を提供することができる。その場合にアナログ信号も、デジタル化された信号も用意することができる。

以下、角度測定の問題を詳細に説明する。

第１の形態において（図４ａ）、配置は、フォーク状フォトインタラプタ４００とスリットダイアフラム４０４による角度測定に似ている。修正されたフォーク状フォトインタラプタ４００は、一方の側に光源４０２、たとえばＬＥＤを有している。他方の側には、偏光センシティブなセンサ４０１が配置されており、そのセンサは好ましくは、４５°で変位した偏光フィルタを備えた４つのフィールドを有している。しかし、スリットダイアフラムまたはコード化ダイアフラムの代わりに、センサ４０２と受信器４０１の間に、回転可能に軸承された、構造化されていない偏光フィルタ箔４０５がセットされる。箔の偏光方向は場所に依存しないので、正確な調整も必要なければ、汚れが直接誤機能をもたらすこともない。汚れは、輝度と信号のコントラストを減少させるだけである。

偏光フィルタ箔が３６０°回転する場合に４つのセンサＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて生じる信号プロフィールが、図６に示されている。その場合にセンサＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、図１ｂのフィールド１０２に相当する。その場合に各個別センサの信号は、マリュス法則に従う。金属のフィルタについては、フィルタ細片の方向に偏光方位を有する光が入射した場合に、光（Φ＝０°）は吸収され、あるいは反射され、従ってセンサ信号Ｉは最小Ｉ_minである。９０°変位した方向においては、センサは最大の信号Ｉ_maxを得る。理想的でないフィルタまたは偏光されない散乱光は、カーブを上方へ押し上げ、従ってオフセットをもたらす。オフセットを差し引いた後に、隣接するセンサ間の比の形成によって角度情報を得ることができるので、絶対的な輝度は何ら役割を果たさない。個々の信号を関連させることによって、一義的な位置情報を１８０°の領域について行うことができる。少なくとも１つの明／暗フィールドを少なくとも１つのフォトインタラプタと組み合わせることによって、測定領域を問題なく３６０°に広げることができる。測定領域を３６０°に拡大するために、多様な他の代替案が考えられる。偏光フィルタ箔は、この目的のために、たとえば所定の領域を黒くすることによって、さらに効果的に構造化することができる。

他の形態において、必要とされるフィルタ面積をさらに減少させることができ、そのために光源７０２とセンサ７０３を１つの平面内に、従って共通の支持体７０４上に、取り付けることができる。これが、できる限り小さい配置を、それと結びついたすべての利点と共に可能にする。図７に示すように、偏光フィルタ箔７００の後方に配置された拡散ディスク７０１、たとえば白い紙またはトランスミッション歯車のマットな表面が、光源７０２からの光を種々の方向に反射させることを許す。これが、偏光フィルタ表面からの反射７０５はセンサ７０３内へ達せず、フィルタ７００を通過した信号のみが、センサに達するように形成された、送信器と受信器の配置を許す。フィルタ７００の表面からの反射は、得ることのできるコントラスト比を減少させる。拡散ディスク７０１がフィルタ７００と共に回転するか、フィルタから独立して回転するか、あるいは回転しないか、は重要ではない。

反射する偏光フィルタを有する角度センサの形態は、フィルタ７００をモータ軸またはトランスミッション軸上に直接取り付けることを許す。それによって最小の振動質量が得られる。特に好ましくは、目標−実際−比較するため、およびアクチュエータを駆動するためのサーボエレクトロニクスも、センサチップに一緒に集積することができる。その場合に測定箇所、たとえばモータ軸の上方にセンサユニットを取り付けることは、特別な調整要請なしで行われる。マイクロモータを使用する場合には、センサは、たとえばトランスミッションの内部に収容することができる。ステッピングモータまたは超音波モータの場合には、現在では、トランスミッションを完全に省くことができ、この場合においてサーボ全体がモータ自体よりも大きいことはない。その場合に、場合によってはサーボエレクトロニクスと共に角度センサを数立方ミリメートルに、極端に小型化することは、デジタルの測定方法とは異なり、解像度の削減をもたらすことはないが、その代わりに極端に高い回転数においても適用を可能にする。送信器７０２とセンサ７０３をモノリス状に集積することが、同様に考えられる。

センサを校正するために、一方で、入射する全光量に関する情報を得るために、すべてのセンサフィールドＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの強度を合計することができ、しかしまた、偏光されない補助センサを使用することもできる。散乱光ないし偏光ファクターを測定するために、回転の間に最小信号を検出して、記憶することが役立つ。工場わたしの校正の他に、これを最初の駆動開始時ないし後に保守サイクルにおいて自動的に行うことができ、その場合にセンサの機能はこのサイクルによって損なわれない。求められた値は、好ましくはセンサ上の不揮発性メモリ（たとえばＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュ）に記憶されるので、その値は新たにオンにした場合に直接提供される。他の好ましい形態は、センサの基準点を電子的に操作して格納することができる場合に得られる。というのは、このようにして、測定された角度の複雑な機械的校正を、電子的な校正に代えることができるからである。

例４：強い場の測定

たとえば図１ｂに示すフィルタ配置を有する偏光センシティブなセンサは、図８に示すように、ファラデー効果を利用しながら強い磁場を測定するため、ないしカー効果に従って強い電場を測定するためにも使用することができる。線形に偏光された光８０３が、強い場８０４にさらされる媒体８０１を通って案内される場合に、それぞれ場と材料に応じて光の偏光平面が回転する。この回転は、角度センサ８０２内で検出することができる。光源８００として、好ましくは線形に偏光されたレーザー光を使用することができる。
この種の配置において特に好ましいのは、導電性の、あるいは強磁性の対象を場にさらさないことであり、従って場の影響が最小になる。システムの実際に慣性のない反応に基づいて、たとえば衝撃放電の場合に発生するような、極めて高速の過渡も検出することができる。これは、多くの他の方法、たとえば誘導コイルまたは羽根車を有するエレクトロスタット（Elektrostaten）、に比較して利点である。小型化された光学的角度センサ８０２の使用は、わずかな断面のレーザービームによる測定を容易にし、従って特に空間的に著しく制限された場の測定も可能にする。

例５：偏光情報を有する画像の記録

集積が高い場合には、偏光に依存するフォトセンサの特殊な配置または規則的なアレイも形成することができる。すなわち、カラー画像センサと対にすることが考えられ、そのカラー画像センサはカラーフィルタの代わりに様々な方向に、好ましくは少なくとも２つの直交する方向（０°と９０°）、もっと良いのは４つの方向（０°、４５°、９０°、１３５°）に、（たとえば、いわゆるＢａｙｅｒフォーマットにおける方形のＧＲＢＧマトリクス）偏光フィルタを有している（図９ａ）。その場合にセンサ全体９００は、個別に方位付けされた偏光フィルタ９０２を備えたフォト検出器からなる、ピクセルグループ９０１を有している。この場合において、この種のセンサによるシュリーレン写真は、応力の発生を証明するだけでなく、機械的応力の強さと種類に関する情報を示す。その場合に、２つの直交する偏光フィルタ方位の使用は、偏光された光により偏光方位を定めることを許すが、直交方位の入射する光と偏光されない光を確実には区別しない。というのは、この場合においては、２つのフィルタを同一の光量が通過するからである。４つの異なる偏光フィルタ方位の使用は、付加的に、入射する光の偏光の程度に関する情報を与える。これは、たとえば、測定信号から散乱光を除去するために使用することができる。

従来のＣＣＤ画像センサまたはＣＭＯＳ画像センサに準拠する場合に、画像センサを実現するため、およびそれによって得られた画像を評価するための手間はわずかである。そのままで、画像を従来のグレイスケールモニタ上で、もちろん認識可能な偏光情報なしで、見ることができる。偏光情報は、従来のカラーモニタにおいては、誤ったカラー情報として再生されることがあり得る。多様な適用が考えられる。この種のセンサの画像は、画像処理によって、あたかも従来の偏光フィルタを有する画像センサによって選択なしの方位で撮影されたように、操作することができる。さらに、反射を場所に従って、すなわち所望かつ徐々に抑圧し、あるいは強化することができる。たとえば交通監視カメラによる、自動的な撮影は、後から、自動的に、たとえばガラスにおける好ましくない反射にもかかわらず人が見えるように、処理することができる。画像センサ上の偏光フィルタアレイとカラーフィルタアレイの組合せは、この機能性を同様にカラー画像によって許す。従来の画像センサに比較してカラーマトリクスが変更されず、従って偏光フィルタがそれぞれ隣接するカラーピクセルセル上に設けられる場合に、最大の柔軟性が得られる。図９ｂは、これを、普及しているＢａｙｅｒフォーマットのセンサについて示している。その場合にセンサ９０５は、カラーセンシティブなフォトセンサ９０６を有しており、その場合にそれぞれ完全なカラーピクセルに偏光フィルタが対応づけられており、その方位は周期的に変化する。Ｂａｙｅｒフォーマットにおいては、人の目が特に敏感な領域内の輝度情報を特に良好に測定することができるようにするために、グリーンセンシティブなセンサが二重に設けられている。従って、たとえば３つのグリーンセンシティブなセンサの１つが偏光フィルタを持たず、したがってより高い一般的光感度を有する配置も考えられる。多様な他の変形例が考えられる。様々なフィルタ（偏光フィルタないしカラーフィルタ）の製造順序は、原理的には制限されない。偏光されない光の場合において、この種のセンサの画像は、従来のカラーセンサの画像から区別されない。特に、画像解像度の削減は、偏光されない光の場合には生じない。しかし、完全に偏光されて入射する光の場合には、空間的解像度の一部が失われる。というのは、フィルタの下にあるセンサへ光が入射しないからである。従って、２つの直交するフィルタを有する配置について、解像度の損失は、最も悪い場合に５０％であり、４つのフィルタ方位を使用する場合には、最悪で２５％である。偏光依存性を持たない従来の画像センサに比較して、それぞれ不適な偏光方向の遮蔽に基づく光感度の、約ファクター２の減少が、惜しまれる。

例６：偏光情報を有する信号または画像の再生

図４にはっきりと示すように、所定の適用のために、偏光される光のための光源が興味を惹く。角度を測定するためにも、回転する偏光フィルタを有する偏光されない光源の代わりに、偏光された光源とセンサとの間で直接の角度測定を使用することができる。このようにして、たとえば、大きな距離を越えて角度を求めることができる。光源と偏光フィルタからなる構造的ユニットが、この種の適用のために効果的である。

さらに、たとえば、偏光センシティブなカメラによって撮影された画像を実物通りに再生するために、発光手段アレイまたはモニタに偏光フィルタアレイを設けることができる。そのために、モニタとカメラが類似のフィルタ構造、少なくとも同一の角度解像度を有していると、効果的である。この場合においては、信号処理のための特別な中間ステップは不要である。ステレオスコープ画像を形成するための、より広い適用フィールドが得られる。ステレオスコープ画像の非常に多くの実現は、たとえば左目用の赤いフィルタと右目用の緑のフィルタを有する、カラーメガネを使用する。モニタは、２つのパースペクティブからシーンのモノクロームの光景を該当するカラーで放射する。その場合に左目は第１のカラーの画像を見て、右目は第２のカラーの画像を見る。これらの像が脳内で、空間的な全体印象にまとめられる。利点は、この方法は各モニタで機能し、位置および見る方向に依存しないことである。しかし、欠点は、正しいカラー再生が行われないことである。カラー再生の問題は、シャッターメガネによって解決することができる。モニタは、交互に２つのカラー画像を示し、シャッターメガネ（目当たりのエレメントを有するＬＣＤディスプレイ）がモニタに同期してそれぞれ目を暗くする。

その場合の欠点は、メガネのための手間と費用であって、特に電流供給と正しい同期が必要なことである。さらに、実効画像繰返し率が、半分に低下する。さらに、この時間的にずれた表示は、画像が動く場合に観察者を疲れさせる。

他の実現は、特別に準備されたモニタを使用し、そのモニタにおいてマイクロプリズムまたはマイクロレンズがモニタ上に規則的な間隔で取り付けられている。これによって、それぞれ偶数列ないし奇数列からの光が左目ないし右目へ案内される。観察するために、メガネは不要であるが、観察者には狭い視野しか提供されない−側方で見る場合には、この方法は機能しない。この方法においては画像繰返し周波数は一定に留まり、画像解像度は半分に低下する。

偏光フィルタアレイのための、ここで提案される形成方法は、ステレオスコープディスプレイの代替的形態を可能にし、その形態において発生された光は、交互に９０°回動された方位で、たとえば垂直と水平に偏光される。これは、行単位または列単位で行うことができる。他の好ましい形態は、モザイク状の配置において、得られる。というのは、その場合に目は、もはや画像形成の構造を容易に知覚しないからである（穴と細片マスクの画像品質を参照）。観察するために、メガネが必要であって、そのメガネは１つの目につき、それぞれの半画像のための正しい方向付けを備えた偏光フィルタを有している。メガネの電流供給またはモニタとの同期は、不要である。さらに、観察者は、室内で自由に移動することができる。ただ、頭部を著しく側方に傾斜させると、表示エラーがもたらされる。この方法において、画像繰返し周波数は等しいままであり、２つの直交する偏光フィルタ方位を使用する場合に、解像度は半減する。しかし、メガネを外した場合に、このモニタによって、元の解像度を有する２次元の画像を観察することができる−人の目は、様々な偏光を知覚しない。

その場合に適用は、原理的に偏光されない光を発生させる、チューブモニタまたはＬＥＤモニタに限定されない。内在的にすでに偏光フィルタを搭載しており、従って偏光された光を発生させる、ＬＣＤディスプレイにも、個々の選択的なフィルタが全面のフィルタに対して＋４５°ないし−４５°だけ回動されている場合に、互いに直交する方位で付加的な偏光フィルタを設けることができる。

シャッターメガネを使用する場合と同様に、左と右の画像の分離は、ほぼ理想的であるので、エキゾチックな他の適用も提供される。２つの半画像は、必ずしも同じ対象の１つのステレオスコープ表示に属する必要はない−それらは完全に独立していることができる。すなわち、たとえば、１つの半画像がフィルムを再現し、他の半画像がメッセージテキストを示すことができる。すなわち観察者は、２つの異なるシーンを同時に認識することができ、１つのシーンに集中し、あるいは他のシーンの突然の事象に直接反応することができる。これは、既知の画像内画像表示の代わりに、いわば画像並置表示である。

偏光フィルタメガネに段階的に回転可能なフィルタが設けられる場合に、他の興味深い可能性が生じる。ステレオスコープ表示（および反転されたステレオスコープ表示）の他に、２つの目でシーン１あるいはシーン２を追求する可能性がある。すなわち、１つのシーンを２つの完全に異なるパースペクティブから同時に表示することができ、各観察者はどのパースペクティブを見たいか、自由に決定することができる。複数の受信器を有するテレビまたはモニタは、好ましくはヘッドフォンを使用する場合に、同時に２つの完全に異なるフィルムを再生することができる。レジャー領域とコンピュータ領域において、かつ医療技術において、多様な可能性がある。

モニタが、例５に示すカメラと同様に４つのフィルタを有している場合に、メガネに対してそれぞれ直径方向に偏光されたピクセルが正しく方位付けされたピクセルからなる混合情報を再生する限りにおいて、ステレオスコープ信号を表示する場合に、解像度ないし画像輝度の５０％の損失と結びつかない。しかしこれは、表示する前に、ステレオスコープ半画像の特殊な処理を必要とする。

プロジェクタへの同様な適用も、同様に可能である。その場合に偏光フィルタは必ずしも光源と観察者との間にある必要はなく、その代わりに光は方位の交代する偏光平面を有する偏光フィルタアレイによって、映写幕上に投影される。反射後に、光は改めて同じフィルタ部材を通過して、該当する方位の偏光フィルタを有するメガネをかけた観察者に達する。その場合に、所定の半画像に属する個々のピクセルが映写幕上の適当な領域へ達するためには、プロジェクタないし画像解像度は、映写幕に合わせられなければならない。プロジェクタ内に偏光フィルタアレイを内蔵するのとは異なり、映写幕の前のフィルタは、より大きい輝度を許し、吸収する光による熱の問題が発生することはない。

例７：ステレオスコープ画像の投影

画像発生器と偏光フィルタの構造的ユニットは、大きな面上に画像を投影するには適していない。というのは、偏光フィルタは適切に偏光されない光の吸収によって加熱されるからである。従って、偏光フィルタ面を拡大することが、有意義である。投影平面ないし映写幕の直前で、フィルタは最大の大きさをとることができる。

この場合において、投影面または映写幕が光の偏光平面を含むか否か、は重要ではない。というのは、反射された光は、観察者へ至る途上で新たにフィルタを通過するからである。配置が、図１０に示されている。プロジェクタ１００２が、マットディスク１０００上に画像を投影し、その場合に光は前もって偏光フィルタマトリクス１００１を通って達する。好ましくは、偏光フィルタマトリクス内で、互いに直交して偏光されたフィルタ領域が交互に使用され、その場合にこれらの領域の各々は、ある程度画点に相当する。プロジェクタは、所定のステレオスコープ半画像に属するすべての画像情報を偏光フィルタの適切に偏光された領域を通して投影する。観察者１００３が、適切に偏光されたフィルタ１００４を有するメガネを通して投影面１０００を見る場合に、彼は立体的な画像を知覚し、その場合にプロジェクタ面に対する観察者の位置は重要ではない。しかし、プロジェクタと映写幕は、解像度において互いに調整されなければならない。従って２つの半画像を形成するために、好ましくはデジタルのプロジェクタを使用することができ、そのプロジェクタの画像はピクセル単位で定められており、かつそのプロジェクタにおいて各ピクセルについて、投影面上に適切に偏光された領域が存在する。特にアナログのプロジェクタを使用する場合に、２つの穴あきプレートの使用も効果的であって、その穴あきプレートはそれぞれプロジェクタの信号を投影面の付属の領域のみへ通過させ、付属の領域上に投影されない成分は、反射し、あるいは吸収する。

図１ａは、従来技術および本発明に基づく金属平面を構造化するためのプロセスステップの連続を示している。 図１ｂは、本発明に基づき光学的に偏光する作用を有する製造平面の構造化の例を上面図で示している。 図１ｃは、本発明に基づき光学的に偏光する作用を有する製造平面の構造化の例を横断面で示している。 図１ｄは、キャビティを有する偏光フィルタの実現の例を示している。 図２ａは、本発明に基づく支持体上への偏光フィルタ箔の転写の例を示している。 図２ｂは、本発明に基づく支持体上に偏光フィルタを転写し、ないしはマイクロ構造化するためのプロセスステップを示している。 図２ｃは、本発明に基づく支持体上に偏光フィルタを転写し、ないしはマイクロ構造化するためのプロセスステップを示している。 図３は、従来技術に基づくサーボ装置を示している。 図４ａは、従来技術に基づくスリットダイアフラムを有する、ないしは本発明に基づく偏光フィルタを有する、フォーク状フォトインタラプタを示している。 図４ｂは、従来技術に基づく歯車による角度測定を示している。 従来技術に基づく誘導性または容量性の相対測定を示している。 本発明に基づく個別のセンサ信号の信号推移を示している。 本発明に基づく反射的な偏光フィルタによる角度測定を示している。 本発明に基づく強い場を測定するための装置を示している。 図９ａは、本発明に基づく偏光フィルタマトリクスを有する画像センサを示している。 図９ｂは、本発明に基づく偏光フィルタマトリクスを有するカラー画像センサを示している。 本発明に基づく偏光フィルタマトリクスを有する画像プロジェクタを示している。

Claims (18)

1. 光の偏光を測定する装置であって、
   偏光平面の方向付けが異なる、少なくとも二つの偏光センシティブなセンサと、
   前記偏光センシティブなセンサの信号から、入射光の偏光に関する情報を生成する手段と、
   少なくとも１つの検出エレメント（１０５）であって、構造的なユニットとして前記偏光センシティブなセンサに偏光フィルタ（１０２）と共に配置されている検出エレメントと、を備え、
   前記偏光フィルタ（１０２）の偏光平面は、前記検出エレメント（１０５）の定められた基準軸に対して予め定められた角度で方向付けされており、
   前記基準軸は前記装置のハウジングに設けられたマーキングによって識別できるようになっており、
   構造的なユニットとして前記偏光センシティブなセンサと共に配置されている前記偏光フィルタ（１０２）は所望の広がり及び方位を有し、
   前記偏光フィルタ（１０２）はリソグラフィック方法によって作成され、少なくとも１つの製造平面及び／又は配線平面内に格子構造を有し、
   前記格子構造（１０２）の幾何学的構造及び方位は前もってマスクデータの設計によって定められており、集積回路を設計する場合に一般的な構造サイズ及び製造ステップのみが使用され、平行なストライプを有する前記偏光フィルタ（１０２）の格子構造の格子周期は、波長の半分より小さい、装置。
2. 前記格子構造（１０２）は強磁性材料でできていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 偏光に利用される導体路（１０２）が、コーム状に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 偏光に利用される導体路（１０２）が、ヒータ電流によって貫流されることができるように接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記偏光フィルタの導電性偏光構造（１０２）の間に、誘電体として低い屈折率を有する材料が使用され、前記材料が更に低い誘電定数を有するメタ材料に変換されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記偏光フィルタの導電性偏光構造（１０２）の間の誘電体モールド材料の一部が、選択的なエッチングによって除去されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 光の偏光を測定する装置であって、
   偏光平面の方向付けが異なる、少なくとも二つの偏光センシティブなセンサと、
   前記偏光センシティブなセンサの信号から、入射光の偏光に関する情報を生成する手段と、
   少なくとも１つの検出エレメント（１０５）であって、構造的なユニットとして前記偏光センシティブなセンサに偏光フィルタ（１０２）と共に配置されている検出エレメントと、を備え、
   前記偏光フィルタ（１０２）の偏光平面が、前記検出エレメントの定められた基準軸に対して予め定められた角度で方向付けされており、
   前記基準軸は前記装置のハウジングに設けられたマーキングによって識別できるようになっており、
   構造的なユニットとして前記偏光センシティブなセンサと共に配置されている前記偏光フィルタ（１０２）は所望の広がり及び方位を有し、
   前記偏光フィルタ（１０２）は、レジスト（２０１）でコーティングされた支持体上に、該支持体に対して第１の予め定められた角度の、予め定められた偏光方向を有する偏光された物質（２０６）が塗布され、
   前記支持体（２００）の第１の予め定められた領域は前記レジストが除去され、
   前記支持体（２００）上の偏光された物質（２０６）が硬化したあと、余分な偏光された材料（２０６）及び前記コーティングされた領域のレジスト（２０１）の少なくとも一部がエッチング及び／又は研磨によって除去され、
   前記の工程が、前記支持体（２００）に対する前記偏光された物質（２０６）の異なる方向付けで連続して前記支持体（２００）の異なる領域へ適用される、装置。
8. 格子構造（１０２）を有する領域の間に不透明な壁（１０６）が設けられ、斜め入射光に対して、隣接センサ（１０５）間の干渉が阻止されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 複数の偏光センシティブなセンサが提供され、該複数の偏光センシティブなセンサが入射光の偏光に関する情報を有する画像を記録するのに適しているように、配置され、かつ方位付けされていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 少なくとも１つのカラーフィルタが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
11. 前記偏光センシティブなセンサが、アクチュエータを駆動し、かつ測定信号を目標量と比較するための装置と共に協働するように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
12. 電子的に校正する手段及び／又は校正データを記憶するためのメモリが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
13. 自動的に校正する手段が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
14. 発光素子（４０２）と、該発光素子と前記偏光センシティブなセンサ（４０１）との間の回転可能な偏光フィルタとが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
15. 発光された光の偏光を用いて、偏光された発光素子と前記偏光センシティブなセンサとの間の回転角度を測定するための、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置の使用。
16. 発光素子（７０２）から射出する光が反射媒体（７０１）で反射され、前記回転可能な偏光フィルタ（７００）を通過したあと、少なくとも一つの偏光センシティブなセンサ（７０３）によって、前記射出する光を検出するための、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置の使用。
17. ファラデー効果を用いて磁場を測定するための、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置の使用。
18. カー効果によって電場を測定するための、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置の使用。

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