(57)【要約】【課題】作るのが安価で簡単であり、光学的に透明な材料ででき、タッチスクリーンディスプレイと共に用いるための光のグリッドまたはラミナを発生するのに用いられえるモールドされた導波路を提供する。【解決手段】モールドされた導波路基板は、複数のレンズ、および一体化されたレンズにそれぞれ対応する複数の導波路グルーブを含む。基板がモールドされた後、グルーブは、光学的に透明な材料で充填されることによって、複数のレンズおよび複数のグルーブをそれぞれ光学的に結合し、アラインさせる。ある応用例では、モールドされた導波路基板は、タッチスクリーンデバイスに近接して配置される。発光器および画像化デバイスは、モールドされた導波路基板に光学的に結合され、処理デバイスは画像化デバイスに結合される。この処理デバイスは、データエントリがタッチスクリーンデバイスになされるとき、タッチスクリーンデバイスに近接する自由空間中に作られる光における遮断の座標を解読することによってタッチスクリーンへのデータエントリを決定するよう構成される。【選択図】      図２
2008504563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学要素、および
それぞれ前記複数の一体化された光学要素に対応する複数の導波路グルーブ
を有する
導波路基板をモールドすること、
前記グルーブを光学的に透明な材料で充填すること、および
前記複数の光学要素および前記光学的に透明な材料で充填された前記複数のグルーブを光学的に結合すること
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記複数の光学要素をモールドすることは、複数の３次元レンズをモールドすることをさらに含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記複数の光学要素をモールドすることは、直径が５０から２０００ミクロンの範囲の寸法を有するよう前記光学要素をモールド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、前記複数の導波路グルーブを前記モールドすることは、前記グルーブを約５から５０ミクロンの深さに形成することをさらに含む方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記複数の導波路グルーブを前記モールドすることは、前記グルーブを約５から５０ミクロンの幅に形成することをさらに含む方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記導波路基板を前記モールドすることは、ｎ＝１．０から２．０の範囲の屈折率を有する材料で前記基板をモールドすることをさらに含む方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、第１屈折率を有する材料から前記導波路基板をモールドすること、および第２屈折率を有する前記光学的に透明な材料で前記グルーブを充填することをさらに含み、前記第２屈折率は前記第１屈折率よりも大きい方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記導波路グルーブの入力に光が与えられるときに、光のラミナを作るように前記複数の光学要素をモールドすることをさらに含む方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記導波路グルーブの入力に光が与えられるときに、光のグリッドを作るように前記複数の光学要素をモールドすることをさらに含む方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、第１軸に沿って第１方向に延びる前記複数の導波路グルーブの第１サブセットを有する前記導波路基板をモールドすることをさらに含む方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、第２軸に沿って第２方向に延びる前記複数の導波路グルーブの第２サブセットを有する前記導波路基板をモールドすることをさらに含む方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記第１軸および前記第２軸は互いに垂直である方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、前記複数の導波路グルーブが、前記基板の第１表面および前記基板の第２表面上を延びるよう前記導波路基板をモールドすることをさらに含み、前記第１表面および前記第２表面は互いに垂直または平行のいずれかである方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、前記複数の導波路グルーブの第１サブセットは、発光器に光学的に結合されるよう構成される方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、前記複数のグルーブの第２サブセットは、画像化デバイスに光学的に結合されるよう構成される方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、前記グルーブを前記充填することは、前記グルーブを毛管作用を用いて光学的に透明な材料で充たすことをさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、前記グルーブを前記充填することは、前記グルーブを前記光学的に透明な材料でオーバフィルしてから前記光学的に透明な材料の過剰分を除去することをさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であって、前記光学的に透明な材料で前記グルーブが充填された後、前記導波路基板を硬化することをさらに含む方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、前記モールドするプロセスのあいだに、前記複数の光学要素および前記複数の導波路グルーブをそれぞれ光学的にアラインさせることをさらに含む方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、前記導波路基板をモールドすることは、前記導波路基板を直線上、正方形、Ｌ字形、長方形、三角形、円形、または楕円形基板のうちの１つにモールドすることをさらに含む方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の方法であって、
前記モールドされた導波路基板が、タッチスクリーンデバイスに近接した自由空間中に光を作るよう構成されるように、前記前記モールドされた導波路基板をタッチスクリーンデバイスに近接して配置すること、
発光器を前記モールドされた導波路基板に光学的に結合すること、および
前記モールドされた導波路基板に画像化デバイスを光学的に結合すること
をさらに含む方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、処理デバイスを前記画像化デバイスに接続することをさらに含み、前記処理デバイスは、データエントリが前記タッチスクリーンデバイスになされるとき、前記タッチスクリーンデバイスに近接する前記自由空間中に作られる前記光における遮断の座標を解読することによって前記タッチスクリーンへのデータエントリを決定するよう構成される方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の方法であって、前記導波路基板を前記モールドすることは、射出成形、圧縮成形、型押成形、光学マイクロモールドのうちの１つを用いて前記導波路基板をモールドすることをさらに含む方法。
【請求項２４】
請求項１に記載の方法であって、前記光学要素は、以下に限定されないがレンズ、格子、ブラッグ格子、結合ホーンなどのうちの少なくとも１つを備える方法。
【請求項２５】
複数の光学要素、および
光学的に透明な材料で充填された複数の導波路グルーブ
を含むモールドされた導波路基板を備える装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置であって、前記複数の光学要素は、３次元レンズである装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載の装置であって、前記複数の光学要素は、直径が５０から２０００ミクロンの範囲の寸法を有する装置。
【請求項２８】
請求項２５に記載の装置であって、前記導波路グルーブは、約５から５０ミクロンの深さである装置。
【請求項２９】
請求項２５に記載の装置であって、前記導波路グルーブは、約５から５０ミクロンの幅である装置。
【請求項３０】
請求項２５に記載の装置であって、前記導波路基板は、ｎ＝１．０から２．０の範囲の屈折率を有する装置。
【請求項３１】
請求項２５に記載の装置であって、前記導波路基板は、第１屈折率を有する材料から作られ、前記グルーブは、第２屈折率を有する前記光学的に透明な材料で充填され、前記第２屈折率は前記第１屈折率よりも大きい装置。
【請求項３２】
請求項２５に記載の装置であって、前記導波路グルーブの入力に光が与えられるときに、光のラミナを作る光学特性を持つように前記複数の光学要素が構成される装置。
【請求項３３】
請求項２５に記載の装置であって、前記導波路グルーブの入力に光が与えられるときに、光のグリッドを作る光学特性を持つように前記複数の光学要素が構成される装置。
【請求項３４】
請求項２５に記載の装置であって、第１軸に沿って第１方向に延びる前記複数の導波路グルーブの第１サブセットを有するように、前記導波路基板はさらに構成される装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法であって、第２軸に沿って第２方向に延びる前記複数の導波路グルーブの第２サブセットを有するように、前記導波路基板はさらに構成される装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の装置であって、前記第１軸および前記第２軸は互いに垂直または水平のいずれかである装置。
【請求項３７】
請求項２５に記載の装置であって、前記複数の導波路グルーブが前記基板の第１表面および前記基板の第２表面上を延びるよう、前記導波路基板はさらに構成され、前記第１表面および前記第２表面は互いに垂直である装置。
【請求項３８】
請求項２５に記載の装置であって、前記複数の導波路グルーブの第１サブセットは、発光器に光学的に結合されるよう構成される装置。
【請求項３９】
請求項２５に記載の装置であって、前記複数のグルーブの第１サブセットは、画像化デバイスに光学的に結合されるよう構成される装置。
【請求項４０】
請求項２５に記載の装置であって、前記複数のレンズおよび前記複数の導波路グルーブはそれぞれ光学的にアラインされる装置。
【請求項４１】
請求項２５に記載の装置であって、前記導波路基板は、直線上、正方形、Ｌ字形、長方形、三角形、円形、または楕円形基板のうちの１つにモールドされる装置。
【請求項４２】
請求項２５に記載の装置であって、
タッチスクリーンデバイスであって、前記モールドされた導波路基板が、タッチスクリーンデバイスに近接した自由空間中に光を作るよう構成される、タッチスクリーンデバイス、
前記モールドされた導波路基板上の前記導波路グルーブの第１セットに光学的に結合された発光器、および
前記モールドされた導波路基板の第２セットに光学的に結合された画像化デバイス
をさらに備える装置。
【請求項４３】
請求項４２に記載の装置であって、前記画像化デバイスに結合された処理デバイスをさらに備え、前記処理デバイスは、データエントリが前記タッチスクリーンデバイスになされるとき、前記タッチスクリーンデバイスに近接する前記自由空間中に作られる前記光における遮断の座標を解読することによって前記タッチスクリーンへのデータエントリを決定するよう構成される装置。
【請求項４４】
請求項２５に記載の装置であって、前記導波路基板は、射出成形、圧縮成形、型押成形、光学マイクロモールドのうちの１つを用いてモールドされる装置。
【請求項４５】
請求項２５に記載の装置であって、前記光学要素は、以下に限定されないがレンズ、格子、ブラッグ格子、結合ホーンなどのうちの少なくとも１つを備える装置。
【請求項４６】
請求項１に記載の方法であって、前記グルーブを光学的に透明な材料で充填することは、
毛管作用を用いて前記光学的に透明な材料で前記グルーブを充填すること、
前記光学的に透明な材料で前記導波路基板をコーティングしてから、前記導波路基板をエッチングすることによって、前記光学的に透明な材料を前記グルーブの領域以外の前記基板から除去すること、または
前記グルーブ以外、前記導波路基板を非粘着材料でコーティングしてから、前記導波路基板を前記光学的に透明な材料に浸漬すること
のうちの１つをさらに含む方法。
【請求項４７】
請求項１に記載の方法であって、前記複数の光学要素は、半円の形状である方法。
【請求項４８】
請求項２４に記載の装置であって、前記複数の光学要素は、半円の形状である装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチスクリーンディスプレイのための光発生および受光に一般に関し、より具体的には、作るのが安価で簡単な、光学的に透明な材料でできた、光のグリッドまたはラミナを発生し、タッチスクリーンディスプレイで検出のために光を受け取るのに用いられえるセルフアライニングのモールドされた導波路アレイに関する。
【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。
【０００５】
さらに他のアプローチは、単一の光源から単一のアレイ検出器へ光のビームを発生し、受光する両方のために、ポリマー導波路の使用を伴う。これらのシステムは、複雑で高価になりがちであり、発光および受光導波路間と、レンズおよび導波路間との２つの種類のアライメントを必要とする。導波路はふつう、調達するのが高価または困難なリソグラフィプロセスを用いて作られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、作るのが安価で簡単であり、セルフアライニングまたはアライメントが必要ない、光学的に透明な材料ででき、タッチスクリーンディスプレイと共に用いるための光のグリッドまたはラミナを発生するのに用いられえるモールドされた導波路の要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、作るのが安価で簡単であり、光学的に透明な材料ででき、タッチスクリーンディスプレイと共に用いるための光のグリッドまたはラミナを発生するのに用いられえるモールドされた導波路アレイに関する。モールドされた導波路基板は、複数のレンズ、および一体化されたレンズにそれぞれ対応する複数の導波路グルーブを含む。基板がモールドされた後、グルーブは、光学的に透明な材料で充填されることによって、複数のレンズおよび複数のグルーブをそれぞれ光学的に結合し、アラインさせる。ある応用例では、モールドされた導波路基板は、タッチスクリーンデバイスに近接して配置される。発光器および画像化デバイスは、モールドされた導波路基板に光学的に結合され、処理デバイスは画像化デバイスに結合される。この処理デバイスは、データエントリがタッチスクリーンデバイスになされるとき、タッチスクリーンデバイスに近接する自由空間中に作られる光における遮断の座標を解読することによってタッチスクリーンへのデータエントリを決定するよう構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。図において、同様の参照番号は同様の部品および要素を参照する。
【０００９】
図１を参照して、タッチスクリーンデータ入力装置が示される。データ入力装置１０は、タッチスクリーン１４に近接する自由空間中の光の連続的な平面、つまり「ラミナ」１２を規定する。光のラミナ１２は、ＸおよびＹ入力光源１６および１８によってそれぞれ作られる。データが入力装置へ入力されるときに生じるラミナ中の遮断の位置を決定することによって入力装置へのデータエントリを検出するために、光学的に光のラミナに結合された光学位置検出装置２０が設けられる。光学位置検出装置２０は、Ｘ受光アレイ２２、Ｙ受光アレイ２４およびプロセッサ２６を含む。動作のあいだ、ユーザは、指、ペンまたはスタイラスのような入力デバイスを用いてスクリーン１４を触れることによって、装置１０へデータエントリを行う。スクリーンを触れる行為のあいだ、スクリーンに近接する自由空間中の光のラミナは遮断される。光学位置検出装置２０のＸ受光アレイ２２およびＹ受光アレイ２４は、この遮断のＸおよびＹ座標を検出する。この座標に基づいて、プロセッサ２６は、装置１０へのデータエントリを決定する。データエントリ装置１０についてのさらなる情報については、「Apparatus and Method for a Data Input Device Using a light Lamina Screen and an Optical Position Digitizer」と題された２００４年４月１日に出願された同時係属中の米国特許出願第１０／８１７，５６４号を参照されたく、これは全ての目的のためにここで参照によって援用される。
【００１０】
図２は、本発明によるデータエントリ装置１０と共に用いるためのモールドされた導波路基板の上面図である。示される本実施形態における導波路基板３０は、ＸおよびＹ光入力側部３２および３４およびＸおよびＹ受光側部３６および３８を含む。それぞれの側部３２〜３８は、複数のレンズ群４０を含む。それぞれのレンズ群４０は、光学的に導波路４２に結合される。導波路４２は、導波路基板３０に形成されたグルーブである。グルーブは、導波路基板３０よりも高い屈折率を有する光学的に透明な材料で充填される。導波路４２の第１サブセット４２ａは、垂直共振器表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のような発光器４４に光学的に結合される。導波路の第１サブセット４２ａは、発光器４４によって発生された光を、それぞれＸおよびＹ光入力側部３２および３４に沿って対応するレンズ４０へ導く役目を果たす。高屈折率材料でできた結合ホーン４５は、発光器４４および導波路４２ａの入力の間に配置される。結合ホーンは、発光器４４から導波路４２ａの光入力への光を制御または方向づけする役目を果たす。ＸおよびＹ光入力側部３２および３４に沿ってレンズ４０を出る光は、導波路３０の４つの側部３２〜３８の間に光の平面、つまりラミナ１２を作る。導波路４２の第２サブセット４２ｂは、ＭＯＳ画像化チップまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）のような画像化デバイス４８に光学的に結合される。導波路４２ｂの第２セットは、レンズ４０によって受け取られた光をＸおよびＹ受光側部３６および３８に沿って画像化デバイス４８へ導く役割を果たす。
【００１１】
導波路基板３０は、上述のデータエントリ装置１０と共に用いられえる。この実施形態において、導波路基板３０は、タッチスクリーン１４に近接して配置される。発光器４４および画像化デバイス４８は、それぞれ基板３０の導波路４２ａおよび４２ｂに光学的に結合される。動作のあいだ、光のラミナ１２は、基板３０のＸおよびＹ光入力側部３２および３４から伝送される光によって、タッチスクリーンに近接する自由空間中に作られる。より具体的には、発光器４４からの光は、それぞれＸおよびＹ光入力側部３２および３４に沿って導波路４２ａを通ってレンズ４０へ導かれる。スクリーンに触れる動作のあいだ、スクリーン１４に近接する自由空間中の光のラミナ１２が遮断される。ＸおよびＹ受光側部３６および３８に沿ったレンズ４０は、ラミナ１２からの光を収束させ、画像化デバイス４８へのそれぞれの導波路４２ｂへ送る。遮断の光学パス内のレンズ４０は、典型的には少ししか、または全く光を受けない（すなわち影）。画像化デバイス４８は、導波路４２ｂから受け取られた光信号を対応する電気信号に変換する。ラミナ１２中の影、つまり遮断によって少ししか、または全く光を受け取らない導波路４２ｂに対応する電気信号の大きさは、遮断されないラミナ光を受け取る導波路４２ｂに対応する電気信号とは異なる。この大きさの差異に基づき、画像化デバイス４８に結合されたプロセッサ２６（不図示）は、装置１０へのデータエントリのＸおよびＹ座標を決定する。
【００１２】
さまざまな実施形態において、レンズ４０は３次元であり、上述のラミナ１２または光のグリッドの発生を起こす光学的特性を有しえる。データ入力装置のための光のグリッドを用いるためのさらなる詳細については、米国特許第５，９１４，７０９号を参照されたく、全ての目的のためにここで参照によって援用される。レンズ４０についてのさらなる詳細については、弁護士整理番号ＮＳＣ１Ｐ３０２、２００４年６月４日に出願された「TECHNIQUES FOR MANUFACTURING A WAVEGUIDE WITH A THREE-DIMENSIONAL LENS」と題された同時係属中であり、共通して譲受された米国特許出願第１０／８６２，００７号、および弁護士整理番号ＮＳＣ１Ｐ３０５、２００４年６月４日に出願された「WAVEGUIDE WITH A THREE-DIMENSIONAL LENS」と題された同時係属中であり、共通して譲受された米国特許出願第１０／８６２，００３号を参照されたく、これらは全ての目的のためにここで参照によって援用される。
【００１３】
図３を参照して、本発明による導波路基板３０上のレンズ４０および導波路４２の拡大された前面図が示される。図に示されるように、レンズ表面の基部は、導波路基板３０の表面３０ａと面一である。レンズのボディ（不図示）は、導波路グルーブ４２へ後ろ向きに先細りとなっている。
【００１４】
図４を参照して、本発明による導波路基板３０上のレンズ４０および導波路４２の断面図が示される。この図において、レンズ表面の基部４２ａは導波路基板３０の表面３０ａと面一であり、導波路４２の方向へ後ろ向きにカーブする。このカーブは、レンズが、受け取られた光を導波路４２へ収束させるのを助ける。この図は、導波路４２に近づくにつれて先細りになっているレンズ４０のボディ４０ｂも示す。代替の実施形態において、レンズ４０は、半円形状で形成される。このような構成は、図４に示されるものよりも好ましい光学的特性を有する。しかし半円形状は、モールドするのがより困難であり、レンズー基板境界においてアンダーカット領域を生じるだろう。
【００１５】
図５は、本発明の他の実施形態による導波路基板３０の透視図である。この実施形態において、導波路４２を形成するのに用いられるグルーブが基板３０の上部（すなわち第１軸）表面３０ａおよび側部表面３０ｂ（すなわち第２軸）の両方の上に設けられる。この特徴は、発光器および／または画像化デバイスのようなデバイス５０を基板３０の側部にマウントするのに有利でありえる場合において用いられえる。この構成は、発光器４４および／または画像化デバイス４８を基板と同一平面であるようにマウントするのが望ましい場合において、典型的には有利でありえる。この具体的な実施形態において、２つの軸は互いに垂直である。しかし、導波路４２は、必要に応じて基板３０の任意の側部または表面へ引き回されえることに注意されたい。例えば、導波路４２は、上部表面から底部表面または導波路基板３０の任意の側部表面へと引き回されえる。
【００１６】
ある実施形態において、レンズ４０に近接する基板３０の端部は扇形の形状にされえる。この特徴は図５において示される。基板３０の端部５２は、図５に示されるように、基板３０の２つの表面にわたって導波路４２が延びる位置において丸みが付けられ、つまり湾曲されてもよい。この丸みが付けられた端部は、角のある端部に比較して導波路の光学的パフォーマンスを改善する傾向にある。
【００１７】
図６は、本発明のさらに他の実施形態によるモールドされた導波路の他の透視図である。この実施形態において、導波路４２の第１サブセット４２ａおよび第２サブセット４２ｂは、基板３０の上部表面３０ａ上の近接する位置において終端される。この実施形態は便利であるが、それは発光デバイス４４および画像化デバイス４８の両方が、一箇所において（図１に示されるように間隔の空いた位置群に対して）単一の基板６０上にマウントされることを可能にするからである。再び、この実施形態では、導波路４２は、基板３０の上部表面３０ａ、任意の側部表面（すなわち図５で示される３０ｂ）、または基板３０の底部表面上でさえ終端されえる。
【００１８】
本発明のさまざまな実施形態において、レンズ４０は、直径が５０から２０００ミクロンの範囲の寸法を有するようモールドされる。用いられるネガティブグルーブについて図７は、本発明による導波路３０を作るステップを示すフロー図７０である。初期ステップ７２において、基板３０は、射出または圧縮成形のいずれかを用いてモールドされる。いずれの実施形態でも、レンズ４０および導波路のためのネガティブグルーブは、単一のモールドプロセスにおいて全て形成される。基板３０がモールドされた後、ネガティブグルーブは、光学的に透明な材料で充たされ、導波路４２を形成する（ステップ７４）。例えば、ネガティブグルーブは、毛管作用を用いて、またはグルーブをオーバフィルしてから過剰分を拭き去ることによって充填されえる。最終ステップ７６において、グルーブ中の光学的に透明な材料が硬化され、導波路基板３０を作るプロセスが完了する。上述の２ステップ成形プロセスは、成形材料および光学的に透明な材料の適正な量がそれぞれレンズ４０および導波路４２の位置において用いられることを可能にする。
【００１９】
射出成形の実施形態では、基板３０は、約ｎ＝１．５の屈折率を有するアクリル材料から作られる。基板３０がモールドされた後、ネガティブグルーブは、ここで言及される製造方法のうちの一つにおいては、光学的に透明な材料で充たされる。光学的に透明な材料はそれから硬化される。代替として圧縮成形では、基板３０は、熱および圧力を用いて基板材料の大きなシートから成形される。基板がプレスされるとき、それはレンズ４０および導波路のためのネガティブグルーブを含む。ネガティブグルーブは、上述のものと同じやり方で後に光学的に透明な材料で充たされる。ある実施形態において、約ｎ＝１．５６の屈折率を有するポリカーボネートの基板材料が圧縮成形と共に用いられる。前述のように光学的に透明な材料は、用いられる基板材料が何であれ、それよりも大きい屈折率を有する。光学的に透明な材料は、光学的に硬化される特性を有すること、もしネガティブグルーブの毛管作用が用いられるなら、変更または制御されえる粘性を有すること、および安価であることも、絶対に必要ではないが、好ましい。ある実施形態において、ニュージャージー州、CranburyのNorland Productsからの光学接着ウレタンのようなＵＶ硬化材料がネガティブグルーブを埋めるのに用いられえる。代替として、マサチューセッツ州、BillericaのEpoxy Technologiesのような会社からの光学エポキシが用いられえる。ウレタンおよびエポキシがここで言及されるが、これらは本発明を限定するものとしては決して解釈されるべきではない。さまざまな実施形態において、適切な屈折率、透明度、粘性、表面エネルギーなどを有する任意の材料が用いられえる。
【００２０】
本発明のさまざまな実施形態において、レンズ４０は、直径が５０から２０００ミクロンの範囲の寸法を有するようモールドされる。導波路を形成するために用いられるネガティブグルーブは、５から５０ミクロンの深さ、および３から２０ミクロンの幅を有するようにモールドされる。基板３０は、１．０から２．０の範囲の屈折率を有するさまざまな材料からモールドされえる。ある実施形態においては、ネガティブグルーブは約７．８ミクロンの幅で、２０から２５ミクロンの深さであり、壁に対して３から５度の範囲のわずかな角度を有する。レンズ４０の高さおよび直径は、恣意的な設計上の選択である。一般に言って、レンズのサイズを決定するファクタは、基板３０および光学的に透明な材料の屈折率、導波路４２の寸法、およびシステムの所望の結合効率である。ある具体的な実施形態においては、レンズ群４０は、２５０ミクロンの高さであり、７５０ミクロンから１ミリメートルの範囲の直径を有する。ここで与えられた全ての寸法は例示的であり、本発明を限定するようには決して解釈されるべきではないことに注意されたい。最後に、基板は、以下に限定されないが、１次元の部材、正方形、長方形、円、楕円など任意の所望の形状にモールドされえる。
【００２１】
本願におけるモールドという語は、広く解釈されるよう意図される。上述のように射出および圧縮成形だけでなく、例えば、型押および光学マイクロモールドも含むよう意図される。型押は、熱いダイがモールド材料に押し付けられるタイプのモールドである。熱および圧力が基板３０を溶かし、形付けることによって、ダイによって定義される所望のパターンを得る。光学マイクロモールドは、エポキシおよびウレタンのような光硬化材料の使用を伴う。典型的には、基板のための光硬化材料は、第１屈折率を有し、ネガティブグルーブを充填するのに用いられる溝埋め材料は、第１屈折率より高い第２屈折率を有する。同様に、上述の実施形態はレンズ４０を参照して説明されてきた。しかし、レンズと共に、回折格子、フィルタ、ブラッグ格子、結合ホーンのような任意の光学的要素が用いられえる。最後に、基板３０の構成は、図に示された「額縁」形状に必ずしも限定されない。基板は、以下に限定されないが、細長い、またはまっすぐな基板、円形の、楕円の、またはＬ字形の基板などのような、実質的に任意の所望の形状にモールドされえる。２つのＬ字形基板は、例えば図１に示される額縁のような構造を形成するよう共に配置されえる。Ｌ字形基板の成形は、高度にスペース効率が良く、多くの基板の製造を単一の成形作業で可能にする。
【００２２】
ネガティブグルーブは、本発明によれば多くのやり方で埋められえる。グルーブを埋めてから過剰分を拭き去ること、または毛管作用を利用することに加えて、他の技術が用いられえる。例えば、基板３０は、光学的に透明な材料でコーティングされてからエッチングされ、グルーブ中に光学的に透明な材料を残しえる。このエッチングは、イオンミリング、フォトエッチ、またはケミカルエッチを用いて実行されえる。コーティングおよび浸漬プロセスも用いられえる。例えば、基板３０は、ネガティブグルーブ以外の全ての領域において、テフロンのような非粘着性材料でコーティングされえる。コーティングされた基板はそれから光学的に透明な材料の槽に浸漬され、この光学的に透明な材料はグルーブの領域に粘着し、それ以外の場所には粘着しない。
【００２３】
本発明は、多くの有用な特徴を提供する。最たるものは、作るのが非常に安価なことである。また非常に融通性に富む。ミラーおよび導波路の数および配置は、必要に応じてモールドを製造することによって所望のように容易に定義されえる。導波路およびレンズもモールドプロセスのあいだにセルフアライニングである。したがって光学的アライメントについての問題は実質的になくなる。さらにレンズ４０および導波路４２の寸法、位置、サイズおよび光学特性は、所望の特徴を持つ新しいモールドを用いることによって全て容易に変更されえる。
【００２４】
前述の本発明は、理解の明瞭さのためにある程度の詳細にわたって説明されてきたが、ある種の変更および改変は添付の特許請求の範囲の範囲内で実施されえることは明らかだろう。したがって、記載された実施形態は、例示的であって、限定的ではないと解釈されるべきであり、本発明は、ここに与えられた詳細に限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲およびその全ての等価な範囲によって定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】タッチスクリーンディスプレイデバイスの図である。
【図２】本発明によるタッチスクリーンディスプレイデバイスと共に用いられるモールドされた導波路の上面図である。
【図３】本発明によるモールドされた導波路上のレンズおよび導波路の前部拡大図である。
【図４】本発明のモールドされた導波路上のレンズおよび導波路の断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態によるモールドされた導波路の透視図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態によるモールドされた導波路の他の透視図である。
【図７】本発明によるモールドされた導波路を作るステップを示すフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【国際調査報告】
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