(57)【要約】【課題】導波路および光レンズを含む光伝送構造を提供する。【解決手段】光伝送構造は、導波路および光レンズを含み、光レンズは、動作表面上に形成され、動作表面と同一表面上にある平面内で光線が伝搬するように伝送された光線をコリメートする湾曲されたフロントレンズ表面の形成を許す充分に大きな厚さを有する。本発明はまた光伝送構造を製造する技術にも関し、これはフォトポリマー材料の使用を伴う。光伝送構造は、光データ入力のためのシステムのようなさまざまなシステムにおいて実現されえる。【選択図】      図３
2008502008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学構造を製造する方法であって、
フォトポリマー材料層を、支持基板上に形成された底部クラッディング層上に塗布すること、
所定の光のパターンが前記マスクを異なる強度で透過することを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを提供すること、
前記フォトポリマー材料の層を、前記グレイスケールマスクを通して導かれる光に露光させ、前記フォトポリマー材料の選択された部分が露光され、異なる強度の光線を有する光の露光勾配に曝されるようにすること、
前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去すること、および
前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ること
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記光学レンズは３次元的に輪郭が付けられた形状を有する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記導波路が、前記光学レンズと一体化された第１端、および光源または光検出器に接続された第２端を有する長手方向の構造を形成するよう前記導波路を形成すること
をさらに含む方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズは、前記導波路の高さより高い高さを有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記支持基板の上部表面に垂直な平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する平面内コリメーティングレンズカーブを有するように形成することであって、前記導波路から伝送される光線は、前記光学レンズによってコリメートされることによって、前記光線が、前記支持基板の前記上部表面と実質的に同一平面である平面内を、前記平面内コリメーティングレンズカーブを通って放射される、形成すること
をさらに含む方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記平面内コリメーティングレンズカーブは、前記支持表面から前記光学レンズの最大高まで延びる前部レンズ表面を定義する方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記支持表面の前記上部表面と同一平面である平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する方向性コリメーティングレンズカーブを有するように前記光学レンズを形成することであって、前記導波路から伝送される前記光線はコリメートされることによって、前記方向性コリメーティングレンズカーブを通して放射された前記光線の実質的に全てが互いに平行であり単一の向きに伝搬する、形成すること
をさらに含む方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記導波路に結合する第１端および前記光学レンズの最大高へ延びる第２端を有する傾斜された背面を有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記導波路上に上部クラッディング層を塗布すること
をさらに含む方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記傾斜された背面は、実質的に平坦であり、少なくとも
【数１】
2008502008.tif 000005
に等しい角度で傾斜され、ここでｎ1は導波路の屈折率であり、ｎ2は上部クラッディング層または底部クラッディング層のいずれか大きいほうの屈折率であり、ｎ3は光学レンズの屈折率である方法。
【請求項１１】
請求項５に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが前記導波路から遠ざかるにつれて広がる幅を前記光学レンズが有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。
【請求項１２】
光学構造を製造する方法であって、
フォトポリマー材料層を、支持基板上に塗布すること、
前記フォトポリマー材料の層を光の露光勾配に曝すことであって、前記光の露光勾配は、前記光が前記マスクを異なる強度で通ることを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを通して光を導くことによって形成される、曝すこと、
前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去することであって、前記光学レンズは、前記導波路の高さより大きい高さを有し、前記光学レンズは傾斜されカーブが付けられた前部レンズ表面を有する、現像すること、および
前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ること
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記露光操作は、
前記フォトポリマー材料を前記光の露光勾配に曝すことによって、前記現像操作のあいだに、前記光学レンズと一体化された第１端、および光源または光検出器に接続された第２端を持つ細長い形状を有するよう導波路を形成すること
をさらに含む方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記支持表面の前記上部表面と同一平面である平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する方向性コリメーティングレンズカーブを有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記導波路に結合する第１端および前記光学レンズの最大高へ延びる第２端を有する傾斜された背面を有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法であって、
その屈折率が前記支持基板が底部クラッディング層として振る舞うことを可能にするように前記支持基板を形成する前記材料を選択すること
をさらに含む方法。
【請求項１７】
光学構造を製造する方法であって、
フォトポリマー材料層を、支持基板上に形成された底部クラッディング層上に塗布すること、
所定の光のパターンが前記マスクを異なる強度で透過することによって、前記フォトポリマー材料の選択された部分が異なる強度の光に露光されることを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを通して導かれる光に、前記フォトポリマー材料の層を露光させること、
前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去することであって、前記光学レンズは、３次元で定義される曲面を有する前部レンズ表面を有し、前記導波路から伝送される光線は前記光学レンズによってコリメートされ、前記光線は、前記支持基板の上部表面と実質的に同一平面である平面内を前記前部レンズ表面を通って放射される、現像すること、および
前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ること
を含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズは、前記導波路の高さより高い高さを有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記支持表面の前記上部表面と同一平面である平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する方向性コリメーティングレンズカーブを有するように前記光学レンズを形成することであって、前記導波路から伝送される前記光線はコリメートされることによって、前記方向性コリメーティングレンズカーブを通して放射された前記光線の実質的に全てが互いに平行であり単一の向きに伝搬する、形成すること
をさらに含む方法。
【請求項２０】
光学構造を製造するシステムであって、
上部表面を有する支持基板、
前記支持基板の前記上部表面上に形成された底部クラッディング層、
前記底部クラッディング層に塗布されたフォトポリマー材料の層、
光を放射する光源、および
前記光源からの光の所望のパターンが前記フォトポリマー材料の層に放射し、前記グレイスケールパターンは、異なる強度レベルで光が前記グレイスケールマスクを透過することを可能にするグレイスケールパターンを有するパターン付けされたグレイスケールマスクであって、フォトリソグラフィプロセスを通じて、一体化された光学レンズを持つ導波路が前記フォトポリマー材料の層中に形成される、グレイスケールマスク
を備えるシステム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムであって、光学レンズは、前記導波路の高さより大きい高さを有するシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムであって、前記光学レンズは、３次元で定義される曲面を有する前部レンズ表面を有し、前記導波路から伝送される光線は前記光学レンズによってコリメートされることによって、前記光線は、前記支持基板の上部表面と実質的に同一平面である平面内を前記前部レンズ表面を通って放射されるシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムであって、前記前部レンズ表面が、前記支持表面の前記上部表面と同一平面である平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する方向性コリメーティングレンズカーブを有し、前記導波路から伝送される前記光線はコリメートされることによって、前記方向性コリメーティングレンズカーブを通して放射された前記光線の実質的に全てが互いに平行であり単一の向きに伝搬するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送装置に一般に関し、より具体的には光伝送装置を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ処理システムのためのユーザ入力装置は、さまざまな形態を取りえる。２つの種類の関連するものはタッチスクリーンおよびペンベースのスクリーンである。タッチスクリーンまたはペンベースのスクリーンのいずれかを用いて、ユーザは、ディスプレイスクリーンを指またはスタイラスまたはペンのような入力デバイスのいずれかで触ることによってデータを入力しえる。
【０００３】
タッチまたはペンベースの入力システムを提供するための一つの従来のアプローチは、ディスプレイスクリーン上に抵抗性または容量性フィルムを重ねることである。このアプローチは、多くの問題を有する。最たるものはフィルムのせいで、ディスプレイがはっきり見えなかったり、下にあるディスプレイの見え方をぼやけたりすることである。補償するために、ディスプレイスクリーンの輝度がしばしば増される。しかし携帯電話、携帯情報端末、およびラップトップコンピュータのようなたいていの携帯デバイスの場合、高輝度スクリーンはふつうは提供されない。もしそれらが利用可能であっても、増された輝度は、さらなる電力を要求し、再充電までの装置の電池寿命を短くすることになる。フィルムはまた容易に損傷される。加えて、フィルムのコストはスクリーンのサイズと共に劇的に大きくなる。大きなスクリーンを持たせると、そのコストはしたがって典型的には実現不可能になる。
【０００４】
タッチまたはペンベースの入力システムを提供する別のアプローチは、入力ディスプレイの２つの近接するＸ−Ｙ側に沿ってソース発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイと、入力ディスプレイ対向する２つの近接するＸ−Ｙ側に沿って対応するフォトダイオードの対応するアレイとを用いることである。それぞれのＬＥＤは、対応するフォトダイオードに向けられた光ビームを発生する。ユーザが指またはペンのいずれかでディスプレイを触れると、光ビームの遮断がディスプレイの対向する側上にある対応するＸおよびＹのフォトダイオードによって検出される。データ入力は、ＸおよびＹフォトダイオードによって検出されるように光ビームの遮断の座標を計算することによって決定される。しかしこのタイプのデータ入力ディスプレイは多くの問題を有する。典型的なデータ入力ディスプレイのためには多数のＬＥＤおよびフォトダイオードが必要とされる。ＬＥＤおよび対応するフォトダイオードの位置もアラインされなければならない。比較的多数のＬＥＤおよびフォトダイオードと、精密なアライメントの必要とのために、そのようなディスプレイは複雑で、高価で、製造するのが困難になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述を鑑み、タッチスクリーンに近接した自由空間に提供された光の連続的シートつまり「ラミナ」、およびスクリーンに触れるときにラミナを遮断する指またはスタイラスのような入力デバイスによって生じたラミナ中の「影」の位置を決定することによってデータ入力を検出する光学位置ディジタイザを有する、改良されたデータ入力装置および方法を提供するための継続する努力がなされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、動作表面上にある所望の平面内での光線の効率的な伝送のための光伝送技術に関する。この技術は、具体的には導波路および光学レンズを含む光伝送構造に関する。光学レンズは動作表面上に形成され、伝送される光線をコリメートすることによって、それらが動作表面と同一平面である平面内を伝搬することができるようにする湾曲した前部レンズ表面の形成を可能にするよう、充分に大きな厚さを有する。本発明は、光学伝送構造を製造する技術にも関し、これはフォトポリマー材料の使用を伴う。光学伝送構造は、光学データ入力のためのシステムのようなさまざまなシステムで実現されえる。
【０００７】
方法として本発明のある実施形態は、フォトポリマー材料層を、支持基板上に形成された底部クラッディング層上に塗布すること、所定の光のパターンが前記マスクを異なる強度で透過することを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを提供すること、前記フォトポリマー材料の層を、前記グレイスケールマスクを通して導かれる光に露光させ、前記フォトポリマー材料の選択された部分が露光され、異なる強度の光線を有する光の露光勾配に曝されるようにすること、前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去すること、および前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ることを少なくとも含む。代替の実施形態において、この方法は、前記光学レンズが、前記支持基板の上部表面に垂直な平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する平面内コリメーティングレンズカーブを有するように形成することであって、前記導波路から伝送される光線は、前記光学レンズによってコリメートされることによって、前記光線が、前記支持基板の前記上部表面と実質的に同一平面である平面内を、前記平面内コリメーティングレンズカーブを通って放射される、形成することも含む。この方法の他の代替の実施形態において、本発明は、前記光学レンズが、前記支持表面の前記上部表面と同一平面である平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する方向性コリメーティングレンズカーブを有するように前記光学レンズを形成することであって、前記導波路から伝送される前記光線はコリメートされることによって、前記方向性コリメーティングレンズカーブを通して放射された前記光線の実質的に全てが互いに平行であり単一の向きに伝搬する、形成することをさらに含む。
【０００８】
本発明の他の実施形態において、この方法は、フォトポリマー材料層を、支持基板上に塗布すること、前記フォトポリマー材料の層を光の露光勾配に曝すことであって、前記光の露光勾配は、前記光が前記マスクを異なる強度で通ることを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを通して光を導くことによって形成される、曝すこと、前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去することであって、前記光学レンズは、前記導波路の高さより大きい高さを有し、前記光学レンズは傾斜されカーブが付けられた前部レンズ表面を有する、現像すること、および前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ることを少なくとも含む。
【０００９】
本発明の他の実施形態において、この方法は、フォトポリマー材料層を、支持基板上に形成された底部クラッディング層上に塗布すること、所定の光のパターンが前記マスクを異なる強度で透過することによって、前記フォトポリマー材料の選択された部分が異なる強度の光に露光されることを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを通して導かれる光に、前記フォトポリマー材料の層を露光させること、前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去することであって、前記光学レンズは、３次元で定義される曲面を有する前部レンズ表面を有し、前記導波路から伝送される光線は前記光学レンズによってコリメートされ、前記光線は、前記支持基板の上部表面と実質的に同一平面である平面内を前記前部レンズ表面を通って放射される、現像すること、および前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ることを少なくとも含む。
【００１０】
本発明の他の局面は、光学構造を製造するシステムであって、上部表面を有する支持基板、前記支持基板の前記上部表面上に形成された底部クラッディング層、前記底部クラッディング層に塗布されたフォトポリマー材料の層、光を放射する光源、および前記光源からの光の所望のパターンが前記フォトポリマー材料の層に放射し、前記グレイスケールパターンは、異なる強度レベルで光が前記グレイスケールマスクを透過することを可能にするグレイスケールパターンを有するパターン付けされたグレイスケールマスクであって、フォトリソグラフィプロセスを通じて、一体化された光学レンズを持つ導波路が前記フォトポリマー材料の層中に形成される、グレイスケールマスクを少なくとも含む。
【００１１】
本発明のこれらおよび他の特徴および優位性は、本発明の以下の説明および添付の図面においてより詳細に示され、これらは本発明の原理を例示によって示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、そのさらなる優位性と併せて、添付の図面と共に以下の説明を参照することで最もよく理解されよう。
【００１３】
本発明は、添付の図面に示されるいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明される。以下の記載において、本発明の完全な理解を提供するために多くの特定の詳細が述べられる。しかし当業者には明らかなように、本発明はこれら特定の詳細の一部または全てがなくても実施可能である。その他の場合、よく知られた操作は本発明の趣旨を不必要にぼかさないために詳細には記載されていない。
【００１４】
本発明は、動作表面の上にある所望の平面内での光線の効率的伝送のための光伝送技術に関する。この技術は、導波路および光レンズを含む光伝送構造に特に関する。光レンズは、動作表面上に形成され、動作表面と同一表面上にある平面内で光線が伝搬するように伝送された光線をコリメートする湾曲されたフロントレンズ表面の形成を許す充分に大きな厚さを有する。この光レンズ形状は、追加のコリメートレンズ、およびそのような追加のレンズを組み込むのに必要な製造プロセスの必要なしに、光線を効率的にコリメートする。本発明はまた光伝送構造を製造する技術にも関し、これはフォトポリマー材料の使用を伴う。光伝送構造は、光データ入力のためのシステムのようなさまざまなシステムにおいて実現されえる。
【００１５】
本発明の説明は、本発明の光伝送構造を利用しえる光データ入力システムを記載する。それから説明は、光伝送構造および光伝送構造を作る方法に関しての詳細に移る。「伝送」という語は、構造が信号の送信だけに用いられえるように考えさせるかもしれないが、本発明の光伝送構造は、光信号を送信および／または受信するために用いられえることに注意されたい。したがって、「伝送」という語は、光学的構造を信号の送信だけに機能的に限定するものではない。
【００１６】
図１を参照して、本発明のある実施形態によるタッチスクリーンディスプレイシステムが示される。タッチスクリーンディスプレイシステム１０は、ディスプレイスクリーン１４に近接する、または直上にある自由空間に発生された光の連続的な平面、つまり「ラミナ」１２を含む。ラミナ１２は、Ｘ軸入力光源１６およびＹ軸入力光源１８によって発生され、それぞれの光源は、それぞれＸおよびＹ方向にスクリーン１４の表面のすぐ上にある自由空間にわたって光を伝搬するよう構成される。この自由空間は、スクリーン１４の表面におおまかには平行であり、スクリーン１４のすぐ前に位置付けられる。よってラミナ１２は、ユーザの指または手で持たれたスタイラスまたはペンのような入力デバイス（不図示）が用いられてデータエントリ操作のあいだにスクリーン１４を触れるとき、遮断される。Ｘ軸受光アレイ２０およびＹ軸受光アレイ２２は、それぞれＸ軸およびＹ軸光源１６および１８に対向する、スクリーン１４の２つの対向する側部上に配置される。受光アレイ２０および２２は、データエントリ操作のあいだにスクリーン１４上の自由空間においてラミナ１２を分断する入力デバイスによって生じるラミナ１２中の任意の遮断、つまり「影」のＸ軸およびＹ軸座標を検出する。Ｘ軸およびＹ軸アレイ２０および２２に結合されたプロセッサ２４は、この遮断のＸ軸およびＹ軸座標を計算するのに用いられる。共に用いられて、ＸおよびＹ軸アレイ２０および２２およびプロセッサ２４は、ラミナ１２中の遮断の位置を検出する光学位置検出装置を提供する。遮断の座標に基づいて、スクリーン１４上のデータエントリが決定されえる。
【００１７】
光のラミナ１２は、本発明のある実施形態によれば実質的に均質な強度である。受光するＸ軸およびＹ軸アレイ２０および２２における光電回路の必要とされるダイナミックレンジは、したがって最小化され、高い補間制度が維持される。しかし代替の実施形態においては、不均質なラミナ１２が用いられえる。この状況においては、ラミナ１２の最も輝度の低い領域がＸ軸およびＹ軸アレイ２０および２２によって用いられる光検出素子の光アクティベーションスレッショルドよりも高くなければならない。
【００１８】
本発明のさまざまな実施形態によれば、ディスプレイスクリーン１４は、任意のタイプのデータディスプレイでありえる。例えば、スクリーン１４は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバ、携帯コンピュータ、ラップトップコンピュータ、販売時点端末、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、これらの任意の組み合わせ、またはデータエントリを受け付け処理する任意のタイプの装置のためのディスプレイでありえる。
【００１９】
本発明のある実施形態によれば、ＸおよびＹ入力光源１６および１８は、それぞれコリメートされた光ビームのソースである。コリメートされた光は、多くの異なるやり方の任意のもので発生されえる。例えば、コリメーティングレンズの焦点にマウントされた単一の光源からである。代替として、コリメートされた光ビームは、複数の点光源およびそれぞれコリメートされたレンズから発生されえる。さらに他の実施形態において、ＸおよびＹ入力光源１６および１８は、蛍光灯およびディフューザから作られえる。点光源または光源群は、発光ダイオード（ＬＥＤ）または垂直共振器表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）でありえる。
【００２０】
さらに他の実施形態において、この光源は、垂直レーザによってフィードされる間隔の空けられたファセットを持つ光発生器でありえる。
【００２１】
ラミナ１２を作るために用いられるＸ軸およびＹ軸光源１６および１８によって発生される光の波長も、本発明の異なる実施形態によって変わりえる。例えば、この光は、白熱光源からの白色光のような３５０ナノメートルから１１００ナノメートルの拡大された波長スペクトラム範囲を有する広帯域でありえる。代替として、入力光は、２ナノメートル内に範囲する制限されたスペクトラムを有する狭帯域光でありえる。狭帯域光の使用は、広帯域周囲雑音光のフィルタリングを可能にする。狭帯域光の使用はまた、光波長をＸ軸受光アレイ２０およびＹ軸受光アレイ２２の応答プロファイルに実質的に整合させることを可能にする。さらに他の実施形態において、均質化された単一の波長光が用いられえる。例えば、無線または遠隔データ転送通信においてよく用いられる赤外つまりＩＲ光がこの応用例で用いられえる。
【００２２】
タイプによらず光源は、連続的に、またはオン／オフサイクルを用いて周期的に動作されえる。オン／オフサイクルは、電力を節約し、光源によって発生される熱を最小化し、ロックイン検出のような雑音を減らすための時間フィルタリングを許す。オフサイクルのあいだ、Ｘ受光アレイ２０およびＹ受光アレイ２２は、受動的つまり「ダーク」ライト（ノイズ）を計測する。ダークライト計測値は、オンサイクルのあいだに検出されたアクティブ光からそれから差し引かれる。よって差分は、周囲光によって発生されるＤＣバックグラウンドをフィルタリングする。それぞれのオフサイクルのあいだ、受動光は、較正もされえ、システムが変化する周囲光のパターンに適応することを可能にする。
【００２３】
さらに他の実施形態において、Ｘ軸およびＹ軸光源１６および１８は、オンおよびオフを間欠的にサイクル動作されえる。交互のサイクルのあいだ、Ｘ軸ソース１６がオンであるときはＹ軸ソース１８はオフであり、またその逆も成り立つ。この構成は、より少ないピーク電力を要求するが、これは１つの光源だけがある時点ではオンであり、それでいながらそれぞれのＸおよびＹオン／オフサイクルのあいだ各々、差分フィルタリングが起こることを可能にする。
【００２４】
電力消費を低減させるために、Ｘ軸およびＹ軸光源１６および１８について「スリープ」モードも使用されえる。もしデータ入力が所定の期間なされないなら、Ｘ軸およびＹ軸光源１６および１８の輝度が低くされえる。影による遮断がサンプリングされる速度も低い速度でなされ、例えば１秒に約５回である。影の遮断が検出されるとき、Ｘ軸およびＹ軸光源１６および１８の輝度およびサンプリングレートは全て通常の動作モードへ増される。もし所定の期間の後、影の遮断が検出されないなら、Ｘ軸およびＹ軸光源１６および１８は再び暗くされ、サンプリングレートも低減される。
【００２５】
Ｘ軸およびＹ軸アレイ２０および２２は、それぞれ基板導波路アレイおよび受光要素を含む。受光要素は、光信号を、受け取られた光の強度を示す電気信号に変換するよう構成される。具体的に、それぞれの基板は複数の導波路を有する。それぞれの導波路は、ラミナ１２の近傍にある自由空間端、および受光要素の近傍にある出力端を有する。受光要素は、それぞれ導波路の出力端に取り付けられるか、または近接して配置されるかのいずれかである。導波路の使用および製造の詳細な説明については、本願の発明者であるDavid Grahamによる米国特許第5,914,709号を参照されたく、この特許は全ての目的のためにここで参照によって援用される。受光要素は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）またはＣＭＯＳ／フォトダイオードアレイを用いるような、多くのよく知られたやり方を用いて実現されえる。いずれのタイプの画像化要素も多くの形態で実現されえ、これには、受光領域または要素を含む特定用途向け集積回路、プログラム可能な回路、または任意の他のタイプの集積化された、またはディスクリートの回路のような専用の集積回路を含む。再び、本発明と共に用いられえる受光要素のさまざまなタイプについてのさらなる詳細は、上述の特許において説明されている。用いられる受光要素のタイプによらず、ＸおよびＹ座標に沿って受け取られた光の強度を示す出力電気信号は、プロセッサ２４に与えられる。プロセッサ２４は、この電気信号に基づいて、入力動作のあいだにラミナ１２中の遮断によって生じた、ラミナ中の任意の影の位置を決定する。
【００２６】
図２および３は、本発明のある実施形態による光伝送構造１００の上面図および側面図をそれぞれ示す。光伝送構造１００は、導波路１０２および光学レンズ１０４を含む。光伝送構造１００は、底部クラッディング層１２０上に形成され、これは支持構造１０６上に形成される。上部クラッディング層１２２は、導波路１０２の上部表面を覆う。図２および３の破線の方向線は、光学構造１００を通して伝わる光線のパスをおおまかに示す。方向矢印は、光学的構造１００から出て送り出されている光線を示すが、光線は、破線によって示される実質的に同じパスに沿って光学的構造１００へと受け取られえることが理解されよう。
【００２７】
導波路１０２および光学レンズ１０４は、ポリマーベースの材料、光学プラスチック、およびエポキシのような、光または光信号をその媒体を通して伝搬する任意の適切な材料で形成されえる。導波路１０２および光学レンズ１０４は、互いに一体化して形成されえ、別個に形成されてから互いに取り付けられ、または互いに対して近傍の位置に形成さえされえる。図２および３に示されるように、導波路１０２および１０４は、互いに一体化して形成される。一体化して形成された導波路１０２および光学レンズ１０４は、より簡単に製造されるが、これは２つの要素間でのアライメントの問題が減るからである。典型的には、導波路１０２および光学レンズ１０４は、同じ材料から形成される。しかし、導波路１０２および光学レンズ１０４が別個に形成されるある実施形態においては、これら２つの要素は、異なる材料から作られえる。
【００２８】
上部および底部クラッディング層１２２および１２０はそれぞれ、導波路１０２の光学的伝送品質を改善するよう働く。上部および底部クラッディング層１２２および１２０は、導波路１０２のそれを相補する屈折率を有するよう選択される。これらクラッディング層は、壊れやすい材料で作られえる導波路１０２を物理的に保護するようにも働く。図３において上部クラッディング層１２２は、導波路１０２を覆う。しかし代替の実施形態においては、上部クラッディング層１２２は、光学レンズ１０４の背面１１０も覆う。上部クラッディング層１２２は、光線が出たり入ったりして伝搬する光学レンズ１０４の表面を覆うべきではない。ある実施形態においては、上部クラッディング層が導波路１０２の上部表面には取り付けられない。これら実施形態においては、導波路１０２は、物理的保護なしのままであり、周囲空気がクラッディング層として振る舞う。空気の屈折率はしばしば光伝送の目的には最適でありえる。導波路１０２の構造をより明瞭に示すために、上部クラッディング層１２２は図２では示されないことに注意されたい。
【００２９】
底部クラッディング層１２０は、導波路１０２および光学レンズ１０４の下を延びる。ある実施形態においては、支持基板１０６がクラッディング層として振る舞いえるので、底部クラッディング層１２０は利用されない。これら実施形態においては、支持基板１０６は、その屈折率のために適切に選択されなければならない。
【００３０】
導波路１０２は、２つの点の間で光を伝送するための細長い構造である。本発明において、導波路１０２の一端は、光学レンズ１０４に接続され、他端は光源または光検出デバイスに接続されている。導波路１０２の光伝送能力は、導波路１０２の大きさを変えることによって調節されえる。例えば、導波路１０２の直径または幅および高さは、適切なサイズにされえる。導波路１０２の高さまたは厚さＨWが図３に見られ、導波路１０２の幅ＷWが図２に見られる。導波路１０２の断面形状は、長方形または円形でありえる。
【００３１】
光学レンズ１０４は、高さまたは厚さを有し、ＨLはＨWよりも大きい。光学レンズ１０４は、その導波路１０２との境界から高さが大きくなり、光学レンズ１０４の頂点ＨLに至る。背面１１０は、導波路１０２および頂点１０８の間の光学レンズ１０４の形状を規定する。この実施形態において、背面１１０は、実質的に平坦な表面を有する。光学レンズ１０４の高さは、光学レンズ１０４の前面が、２または３次元のいずれかで規定される曲面を有することを可能にする。光学レンズ１０４の２次元曲面は、例えばＸ−Ｙ、Ｘ−Ｚ、またはＹ−Ｚ平面の単一の平面内で規定される輪郭を有する曲面である。換言すれば、この曲面は２次元内で定義される。３次元曲面は、３次元内で定義される。例えば、そのような曲面は、Ｘ−ＹおよびＸ−Ｚ平面のような２つの平面のそれぞれの中で定義される輪郭形状を有する。説明されるように、図２および３の光学レンズ１０４は、曲面がＸ−ＹおよびＸ−Ｚ平面の中で定義される輪郭形状を有する３次元曲面を有する。
【００３２】
光学レンズ１０４の前面は、頂点１０８から、支持基板１０６と境界を接するレンズ１０４の前端へと傾斜をつけて下がっていく。この傾斜は、図３の光学構造１００の側面図において見られる。図３は、Ｘ−Ｚ平面における光学構造１００の断面図も示す。傾斜が付けられた表面は、曲面が付けられ、平面内コリメーティングレンズカーブ１１２を形成する。平面内コリメーティングレンズカーブ１１２は、光学レンズ１０４の前面にわたって形成され、外に出る光線を、それらが支持基板１０６の上部表面と実質的に平行になるようコリメートする。平面内コリメーティングレンズカーブ１１２は、光線の一部が支持基板１０６から離れて伝わることを許す代わりに、光線を支持基板にわたって導く。
【００３３】
平面内コリメーティングレンズカーブ１１２の輪郭は、支持基板１０６の上部表面に垂直な、特定の光線が伝搬する方向にアラインされる平面内で定義される。よって、平面内コリメーティングレンズカーブ１１２は、図３の側面図から見ることができ、これはＸ−Ｚ平面も示す。図３は、図２の上面図において見られる導波路１０２の長さ方向軸１１６に沿って伝搬する光線についての平面内コリメーティングレンズカーブ１１２を示す。平面内コリメーティングレンズカーブ１１２の曲面は、光学レンズ１０４の高さおよび光学レンズ１０４の前面の導波路１０２からの距離に依存する。平面内コリメーティングレンズカーブの曲面は、光線の性質およびレンズ材料の屈折率および周囲の環境のような他のファクタにも依存する。図１のデータ入力システム１０について、光学レンズ１０４の平面内コリメーティングレンズカーブ１１２は、入力光源１６および１８がより効率的に光のラミナ１２を形成することを可能にするが、これはより少ない光の損失で済むからである。有利なことには、これは光１２のラミナを形成するのに必要な電力要求を減らす。平面内コリメーティングレンズカーブ１１２がなければ、光学構造１００からの光線は、回折し、光線の一部は支持基板１０６から離れて導かれるだろう。平面内コリメーティングレンズカーブ１１２と同じ機能を達成するために、追加の光学レンズが光学レンズ１０４の前に配置されなければならないかもしれない。これは、時間、努力、およびリソースの点で製造するのがより複雑な光学システムになりえる。例えば、追加のレンズを光学レンズ１０４とアラインさせるプロセスは時間がかかり、アライメント誤差の影響を非常に受けやすいかもしれない。
【００３４】
平面内コリメーティングレンズカーブ１１２は、半球状の弧の一部を形成する曲面を有することに注意されたい。したがって、光学レンズ１０４は、欠けている半分はｘ軸に沿った光学レンズ１０４の鏡面反射である、フルレンズのうちの半分を形成すると言える。後述のように、光学レンズ１０４の形状は、もし光学レンズ１０４がフルレンズ形状を有するであろう場合より容易に製造される。また、光学レンズ１０４の「ハーフレンズ」形状は、導波路１０２とのより簡単な一体化およびアライメントを可能にする。特に、光学レンズ１０４の「ハーフレンズ」形状は、光学構造１００を製造するのにフォトリソグラフィ製造プロセスを理想的なものとする。
【００３５】
図３の側面図に見られるような平面内コリメーティングレンズカーブ１１２は、図２の光学レンズの上面図から見られる、方向性コリメーティングレンズカーブとは独立している。図２は、Ｘ−Ｙ平面内の光学構造１００の図を示す。方向性コリメーティングレンズカーブ１１４の輪郭形状は、支持基板１０６の上部表面と同一平面である平面内で定義される。方向性コリメーティングレンズカーブ１１４は、外に出る光線をコリメートし、互いに平行に単一の向きに伝搬するようにする。実質的に、方向性コリメーティングレンズカーブ１１４は、光学レンズ１０４が均質な光のビームを作ることを可能にする。図１のデータ入力システム１０について、方向性コリメーティングレンズカーブ１１４は、それぞれの光学構造１００がディスプレイスクリーン１４にわたって伝搬する光の均質なビームを形成することを可能にする。
【００３６】
光学レンズ１０４は、光線が前部レンズ表面１１２および導波路１０２の間を伝搬することを可能にするような形状にされる。導波路１０２からの光の量が最大に、前部レンズ表面１１２によってコリメートされるために、背面１１０は、少なくとも以下の数式の角度を有しなければならない。
【００３７】
【数２】
2008502008.tif 000003
【００３８】
このような角度は、光学レンズ１０４の臨界角１１８と呼ばれる。ｎ1は導波路１０２の屈折率であり、ｎ2は上部クラッディング層１２０または底部クラッディング層１２２のいずれか大きいほうの屈折率であり、ｎ3は光学レンズ１０４の屈折率である。光学レンズ１０４および導波路１０２が同じ材料から形成されるとき、ｎ1およびｎ3は同じ値を有することに注意されたい。前部レンズ表面１１２によってコリメートされえる光の最大量は、光学レンズ１０４の形状のためにもともと制限されることに注意されたい。光学レンズ１０４は部分的なレンズ形状を有し、フルレンズはｘ軸に沿って光学レンズ１０４を反射する形状を有するので、導波路１０２から伝送される光の約半分が失われる。よって、光学構造１００は、約３ｄＢの光の損失を有する。ある実施形態においては、背面１１０に臨界角より少ない角を持たせることによって、より小さいＨLを持つ光学レンズを得るためにいくらかの光の損失を犠牲にすることは適切である。代替の実施形態において、光学レンズ１０４の背面１１０は、臨界角１１８によって定義される平坦な面よりも上がりえる（図４および５）。このような実施形態も、臨界角１１８より上の材料が光学レンズ１０４の残りを通して伝搬する光線に影響を与えないので、効果的である。
【００３９】
図２の上面図から見られるように、光学レンズ１０４は、光学レンズ１０４の幅ＷLが光学レンズ１０４が導波路１０２から延びるにしたがい増す、コーン形状を有する。光学レンズ１０４のコーン形状は、導波路１０２からの光線が光学レンズ１０４を通って拡大し、その後、方向性レンズカーブ１１４によってそれらは均質なビームにコリメートされる。光学レンズ１０４のコーンのような比率は、それぞれの光学構造１００の光学パフォーマンス要求に依存する。
【００４０】
代替の実施形態において、光学レンズ１０４は、さまざまなサイズおよび形状を有しえる。例えば、光学レンズ１０４は、図２の上面図から見られるようなコーン形状を有しなくてもよい。また、光学レンズ１０４は、光線が光の均質なビームとして放射されなくてもよい場合においては、図２の上面図から見られるような平坦な前部表面を有してもよい。ある実施形態においては、光学レンズ１０４は、５０〜２００μｍの範囲の高さＨL、および約０．８〜１．２ｍｍの範囲の長さを有しえる。ときには光学レンズ１０４のサイズは、例えば図１に示すディスプレイスクリーンのような、それが利用されるシステムのサイズによって制約を受ける。光学レンズ１０４の特定のサイズは、光学構造１００および周囲の環境についての相対的な屈折率によっても決定される。例えば、光学構造１００を囲むクラッディングのタイプも、光学レンズ１０４の寸法の決定要素である。
【００４１】
支持構造１０６は、光線が例えば図１に示されるディスプレイスクリーン１４をわたって導かれるよう意図される任意の表面でありえる。代替として、支持構造１０６は、ディスプレイスクリーンから別個の構造でありえる。例えば、支持構造は、ディスプレイスクリーンのような動作表面の近傍にそれから配置されるそれぞれの光学構造１００を支持する別個のマウント表面でありえる。これら他の実施形態において、支持構造は、プラスチック、エポキシ、またはポリマーの層でありえる。支持構造１０６は、導波路１０２を物理的損傷から保護し、導波路１０２の光伝送効率を増すよう意図されるクラッディング層でありえる。
【００４２】
ある実施形態において、マルチ光学構造１００がロウ状に形成され、複数の光ビームが図１のディスプレイスクリーン１４のような動作表面にわたって導かれる。同時に、光学構造１００の他のロウがそれぞれの光ビームを受け取るよう形成される。このような光学構造の２つのセットは、光ビームがディスプレイスクリーン１４にわたってＸおよびＹ軸のような２つの軸に沿って伝わるよう形成されえる。
【００４３】
図４および５は、本発明の代替の実施形態による光伝送構造２００の上面図および側面図をそれぞれ示す。光学伝送構造２００は、導波路２０２および光学レンズ２０４を含む。光学伝送構造２００は、支持構造２０６上に形成される。図２および３の破線の方向線は、光学構造１００を通して伝わる光線のパスをおおまかに示す。方向矢印は、光学的構造１００から出て送り出されている光線を示すが、光線は、破線によって示される実質的に同じパスに沿って光学的構造１００へと受け取られえることが理解されよう。
【００４４】
上部クラッディング層は、導波路２０２および光学レンズ２０４の上部に適用されないことに注意されたい。光学構造２００を支持する底部クラッディング層もないことに注意されたい。しかし、支持基板２０６は、適切な屈折率を有するように支持基板２０６の材料を選択することによって、底部クラッディング層として働きえる。
【００４５】
図２および３について記述されるように、光学レンズ１０４も図５に見られる平面内コリメーティングレンズカーブ２１２および図４に見られる方向性レンズカーブ２１４を有する。しかし、図５に見られるように、光学レンズ２０４は、図３に示されるように臨界角１１８を超えて延びる背面２１０を有する。後部表面２１０は、それが導波路２０２に接合するよう急に落ちるまでは実質的に均質である高さＨLを有する。また、図４の上面図から見られるように、光学レンズ２０４は、均質な幅ＷLを有する延長された部分２０８を有する。場合によっては、光学レンズ２０４の特定の寸法および比率は、容易に製造されえ、容易に他のシステムと一体化されえる。
【００４６】
図６は、本発明のある実施形態による光学構造を製造する方法を記述するフロー図３００を示す。ある実施形態において、製造された光学構造は、３次元で定義される曲面を有するレンズ表面を有する。図７および８も、フロー図３００の操作をより完全に示すために、図６と共に説明される。図７および８は、フォトポリマー材料層が本発明のある実施形態によって処理される、支持基板４０２に塗布されたフォトポリマー材料４００の層の上面図および側面図を示す。
【００４７】
一般に、フロー図３００は、フォトポリマー、グレイスケールマスク、およびフォトリソグラフィ技術の使用を通して光学構造を製造することを記述する。しかし、本発明の光学構造を製造する他の技術が存在することが理解されよう。例えば、所望のサイズおよびスケールでレンズ構造を作るには、マイクロモールディング技術が用いられえる。また、レンズ構造は、３次元グレイスケールフォトレジスト構造、「リフロー」技術によって製造され、その後、反応性イオンエッチングを含む「ドライ」インダストリアルエッチングプロセスによる３次元レジスト構造、イオンミリング、および他のプラズマベースの組み合わせおよび方法を用いて、ガラス、プラスチック、セラミック、および他の材料で作られえる。
【００４８】
フォトポリマーは、ポリマー、オリゴマー、またはモノマーに基づく画像化組成であり、これらは紫外光のような光照射に曝されると、選択的に重合化および／または架橋化されえる。フォトポリマーは、パターン付け可能なシステムとして産業的に活用され、ここでポリマー化学物質中の光に誘起された化学反応は、露光された領域および露光されない領域（マスクされた）の間の溶解性の異なる変化を生じる。フォトポリマーは、フィルム／シート、液体、溶液などを含む異なる形態に作られえ、これは、フォトレジストとして印刷された板において、およびステレオリソグラフィおよび画像化において用いられえる。フォトポリマーのある従来からの利用は、印刷用板を形成することであり、ここではフォトポリマー板が光のパターンに曝され、印刷用プレートを作る。このプレートは、それからインクによる印刷に用いられる。フォトポリマーは、電子およびマイクロデバイス産業において、半導体チップ、プリント回路基板、および他の製品上の微小回路における複雑なパターンを作るために用いられるフォトレジストとして広く用いられる。フォトポリマーは、光ファイバーを取り付けるのに用いられる紫外接着剤として、および他の産業応用例のためにも用いられる。
【００４９】
フォトポリマー材料は、パターン付けされたマスクを通るよう導かれた光に露光されえる。このようなパターン付けされたマスクは、グレイスケールマスクでありえる。グレイスケールマスクは、所望のパターンで光が透過することを許すのに加えて、光がマスクをさまざまな強度で透過することを許すように設計されたパターンを有する。したがってグレイスケールマスクは、フォトポリマー層がさまざまな光強度を有する光のパターンに露光されることを可能にする。このようにして、フォトポリマー層の一部は、受け取られた光の強度のレベルに依存して除去されえる。これは、フォトポリマー材料除去の深さが制御されえることを意味する。例えば、全体の部分からフォトポリマー材料が除去されえ、またはフォトポリマー材料の一部がさまざまな厚さを有するフォトポリマー材料の残りの層を残すように除去されえる。したがってフォトポリマーは、３次元において所定の寸法を持つ特定の構造に形成されえる。本発明の代替の実施形態において、光を完全に透過し、または完全に阻止するいずれかのマスクも用いられえる。
【００５０】
図６のフロー図３００は、ブロック３０２で開始し、ここでフォトポリマー材料の層４００が支持基板４０２の上部表面上に塗布される。フロー図３００の記述で言及される参照番号は、図６、７、および８に示される参照番号を反映する。フォトポリマー材料４００の層は、典型的には比較的均質な厚さを有する。製造プロセス３００のいくつかの実施形態は、図２〜５に見られる光学構造を作るのに用いられるので、フォトポリマー層４００は、光学レンズの高さＨLに少なくとも等しい厚さを有しなければならない。フォトポリマー材料は、効率的に光を伝送する品質でなければならない。例えば、フォトポリマー材料は、非常に透明な品質でありえる。フォトポリマー材料は、フォトリソグラフィの目的のためにはポジティブまたはネガティブトーンでありえる。
【００５１】
支持基板４０２は、フォトポリマー材料層４００が塗布される上部表面を有する。支持基板４０２は、典型的には、フォトポリマー材料４００の層が処理されえるようにフォトリソグラフィシステム内にマウントされえる基板である。支持基板４０２は、以下に限定されないがプラスチック、ポリマー、セラミック、半導体、金属、およびガラスのような材料から形成されえる。支持基板４０２は、フォトポリマー材料から形成される導波路を囲むよう意図されたクラッディング層でもありえる。そのようなクラッディング層は、フォトポリマー層４００から形成される構造を保護し、その固有屈折率は、フォトポリマー材料を通しての光の伝送を促進する。製造プロセスの最後において、支持構造４０２およびフォトポリマー材料層４００から形成される構造は、搬送され、それから図１に示されるような光入力装置１０のような装置に取り付けられえる。
【００５２】
代替の実施形態において、底部クラッディング層が支持基板４０２に塗布され、その後、フォトポリマー材料層４００がそれから底部クラッディング層の上部に塗布される。図６〜８に示され記述された実施形態において、材料の選択に依存して、支持基板４０２は、底部クラッディング層として働きえる。底部クラッディング層は、フォトリソグラフィ技術を通して支持基板２０６の表面にも塗布されえる。
【００５３】
ブロック３０４において、フォトポリマー材料４００の層は、パターン付けされたグレイスケールマスク４０４で作られる光のパターンに露光される。これは、パターン付けされたグレイスケールマスク４０４を通して光源を照射することによって、またはこのマスクを光が透過することを阻止することによって実行される。グレイスケールマスク４０４は、フォトポリマー材料層４００内で導波路および光学レンズを作るようパターン付けされる。導波路および光学レンズは、図２〜５に示されるように一体化されて形成されえる。図２および３からの同じ参照番号を用いて、図７および８において斜線が付けられた領域は、フォトポリマー材料層４００内に形成される導波路１０２および光学レンズ１０４を表す。換言すれば、斜線が付けられた領域は、フォトリソグラフィプロセスを完了した後に残るフォトポリマー層４００の部分を表す。図７の上面図は、グレイスケールマスク４０４が、導波路１０２および光学レンズ１０４以外のフォトポリマー材料層４００の領域に光を当てることを可能にし、逆に導波路１０２および光学レンズ１０４を形成するフォトポリマー材料４００を露光されることから保護する。
【００５４】
グレイスケールマスク４０４を通して照射する光は、図８において方向を持つ破線４０６によって表される。マスク４０４のグレイスケールの性質は、光がさまざまな強度で透過することを可能にし、したがって光がフォトポリマー材料層４００をさまざまな深さまで侵入することを可能にする。それぞれの線４０６の端点は、それぞれの光線がフォトポリマー材料層４００に侵入する深さを表す。フォトポリマー層４００の材料組成は、光侵入の深さによるだけ露光によって変化され、この露光勾配によって作られたフォトポリマーシステムに化学変化を生じる。露光勾配は、マスクを透過する光線がさまざまな強度を有するようなグレイスケールマスクによって作られた光のパターンを指す。このようにして、光学レンズ１０４のような３次元（つまり「高低が付けられた」）構造がフォトポリマー材料層４００から形成されえる。具体的には、平面内コリメーティングレンズカーブ１１２を有する前面レンズ表面は、図８の側面図で見られるように形成されえる。上述のように平面内コリメーティングレンズカーブは、支持構造１０６の上部表面に垂直な平面内で定義される輪郭を有する。また、前面レンズ表面は、図７の上部平面図に見られるように、方向性コリメーティングレンズカーブ１１４を有する。上述のように、方向性コリメーティングレンズカーブは、支持構造１０６の上部表面と同一平面である平面内で定義される輪郭を有する。また、光学レンズ１０４は、導波路１０２から光学レンズ１０４の上部まで傾斜し、延びる背面１１０を有する。グレイスケールマスク４０４は、以下の数式の臨界角１１８より上に少なくともそれが上がる限り、背面１１０が任意の形状を有しえるようパターン付けされえる。
【００５５】
【数３】
2008502008.tif 000004
【００５６】
ここで、ｎ1は導波路１０２の屈折率であり、ｎ2は支持基板４０２屈折率であり、ｎ3は光学レンズ１０４の屈折率である。
【００５７】
ブロック３０４の代替の実施形態において、フォトポリマー材料層４００は、フォトポリマー材料層４００内にさまざまな構造を形成するために、グレイスケールマスク４０４を通してさまざまな光のパターンに露光されえる。例えば、さまざまな３次元または２次元構造が形成されえる。具体的には、光学レンズ１０４は、平面内コリメーティングまたは方向性コリメーティングカーブのうちのいずれかを有するレンズ表面を有しえる。方向性コリメーティングレンズカーブ１１４だけを有する光学レンズ１０４は、光学構造は平坦な上部表面を有するような、導波路１０２と同じ高さを有しえる。
【００５８】
導波路１０２は、四角形または丸い断面形状を有するよう形成されえる。ある実施形態において、導波路１０２は、それぞれ約８〜１０ミクロンの高さおよび幅を有する四角形の断面形状を有するよう形成されえる。導波路１０２の長さ方向の寸法は、光源または光検出器へ接続するために直線的なまたは曲線的なパスに沿って延びえる。
【００５９】
フォトポリマー材料層４００の使用は有利であるが、これは光学レンズ１０４および導波路１０２が互いに一体化するよう容易に製造されえるからである。これは導波路を光学レンズにアラインさせる困難な仕事をなくすからである。平面内コリメーティングレンズカーブ１１２を有する光学レンズを形成できる能力も、平面内コリメーティングレンズカーブ１１２の機能を実行するために別個のレンズが必要ないという点で、ある種の光学構造の製造プロセスを簡略化する。このような別個のレンズは、レンズそのものにも、位置付けおよびアライメントにもさらなるリソースを要求するだろう。
【００６０】
同一の光学レンズ構造は、ネガティブトーン光学フォトポリマーと共にポジティブトーンマスクを用いて、またはポジティブトーン光学フォトポリマーと共にネガティブトーンマスクを用いることによって、フォトポリマー中に作られえる。ポジティブフォトポリマー材料システムおよびネガティブトーンフォトポリマー材料システムは、現像後に３次元のポリマー構造を生じる、露光勾配を作るためにグレイスケールマスキング技術と共に用いられえる。再び、フォトポリマー材料によって形成される構造は、導波路および光学レンズのような工学的に作られた構造を形成する。
【００６１】
図７および８において、露光されるフォトポリマー材料層４００の一部は、後続の現像プロセスのあいだ除去されえる（ポジティブトーン）。図８のそれぞれの破線４０６の長さは、フォトポリマー材料層４００上を照射するそれぞれの光線のエネルギーベクトル、または光エネルギーの量を表しえる。
【００６２】
フォトポリマー材料層がネガティブトーンである代替の実施形態において、光はフォトポリマー材料を架橋化させ、ポジティブトーンフォトポリマーシステムで形成されるものより強い構造へ変化させる。フォトポリマー材料の露光されていない領域は、洗い流される。図８のそれぞれの破線４０６の長さは、ポジティブトーンフォトポリマー材料層についてのそれぞれの光線の光エネルギーに比例すると考えられえる場合、それぞれの破線４０６によって表されるエネルギーの逆数が、ネガティブトーンフォトポリマー材料層について適切である。
【００６３】
製造プロセス３００のある実施形態において、導波路１０２および光学レンズ１０４の両方からなる複数の光学構造が形成されえる。複数の光学構造は、光ビームのアレイが光学レンズ１０４から導かれるよう形成されえる。そのような光ビームのアレイは、図１に示される光のラミナ１２を形成しえる。
【００６４】
ブロック３０６において、現像溶液がフォトポリマー材料層４００上に流されて、フォトポリマー材料層４００を現像する。現像溶液は、有機溶剤または水溶溶剤でありえる。例示的な現像溶液は、以下に限定されないが、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、および水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含む。プラズマベースの処理を用いたドライ現像も可能である。現像溶液は、露光された領域を露光されていない領域とは異なる速度で除去し（異なる溶解度がフォトポリマー中で光誘起された化学反応によって誘起される）、現像プロセスの後に有用なパターンを生じる。露光されなかったフォトポリマー材料４００の一部はそのまま残り、導波路１０２および光学レンズ１０４のような所望の構造を形成する。
【００６５】
ブロック３０８において、他の水溶性溶液、例えば有機溶剤が現像溶液およびフォトポリマー材料層４００の溶解した部分をリンスするのに用いられる。
【００６６】
それからブロック３１０において、フォトポリマー材料層４００から形成され残っている光構造および支持基板４０２が乾燥プロセスへ移される。このプロセスにおいて、リンスのための水溶液が乾燥される。ブロック３１０の乾燥操作は、加熱、スピニング、および／または空気ブローイングのようなさまざまなやり方で実行されえる。
【００６７】
支持基板４０２およびフォトポリマー材料層４００は、半導体製造に適するもののようなフォトリソグラフィシステム内に合うサイズおよび形状で形成されえる。ある実施形態において、支持基板４０２およびフォトポリマー材料層４００は、フォトリソグラフィシステム内に置かれえる半導体ウェーハのようなウェーハ上に形成されえる。
【００６８】
方法３００の実現例の中には、上部クラッディング層は、導波路１０２および光学レンズ１０４の上部に設けられえる。
【００６９】
本発明は、いくつかの好ましくは実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の範囲に含まれる代替物、組み合わせ、および等価物が存在する。本発明の方法および装置を実施する多くの代替のやり方が存在することにも注意されたい。したがって以下の添付の特許請求の範囲は、そのような全ての代替物、組み合わせ、および等価物を本発明の真の精神および範囲に含むよう解釈されるべきであると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明のある実施形態によるタッチスクリーンディスプレイシステムを示す図である。
【図２】本発明のある実施形態による光学伝送構造の上面図である。
【図３】本発明のある実施形態による光学伝送構造の側面図である。
【図４】本発明の代替の実施形態による光学伝送構造の上面図である。
【図５】本発明の代替の実施形態による光学伝送構造の側面図である。
【図６】本発明のある実現例による光学構造を製造する方法を記述するフロー図である。
【図７】本発明のある実施形態によってフォトポリマー材料層が処理される場合の、支持基板に塗布されたフォトポリマー材料の層の上面図である。
【図８】本発明のある実施形態によってフォトポリマー材料層が処理される場合の、支持基板に塗布されたフォトポリマー材料の層の側面図である。
【図１】
2008502008.tif 000006
【図２】
2008502008.tif 000007
【図３】
2008502008.tif 000008
【図４】
2008502008.tif 000009
【図５】
2008502008.tif 000010
【図６】
2008502008.tif 000011
【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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