(57)【要約】  本発明は、光学スプリッタに関し、具体的には、光学タッチスクリーンにおいて用いるための光学スプリッタに関する。本発明は、スラブ領域（４２）により、多モード入力導波管（４１）から出力導波管（４５）のアレイに光を実質的に等しく配分するための光学スプリッタを提供する。出力導波管の幅の配分は、スラブ領域における強度分布を補うように選択され、これは実質的に一様であってもよいし又はそうでなくてもよい。本発明は、さらに、光源（４０）から複数の導波管に光を実質的に等しく配分するための光学スプリッタを提供し、前述の光源は、光ビームをスラブ領域に向ける。導波管の幅の配分は、スラブ領域における強度分布を補うように選択され、これは実質的に一様であってもよいし又はそうでなくてもよい。光パワーを光学タッチスクリーンに配分するのに用いるときには、本発明のスプリッタは、直列で及び／又は並列で用いることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から複数の出力導波管に光を実質的に等しく配分するための光パワースプリッタであって、前記光源に結合された多モード入力導波管と、スラブ領域と、前記出力導波管のアレイとを含み、前記出力導波管が円弧に沿って前記スラブ領域に接続され、かつ前記入力導波管と前記スラブ領域との接合部に向けられており、前記スプリッタが、光学タッチスクリーンセンサの構成部品として用いられることを特徴とする光パワースプリッタ。
【請求項２】
光源から複数の出力導波管に光を実質的に等しく配分するための光パワースプリッタであって、スラブ領域と前記出力導波管のアレイとを含み、前記光源が、出力を直接前記スラブ領域に発し、前記出力導波管が円弧に沿って前記スラブ領域に接続され、かつ前記出力が前記スラブ領域に入る位置に向けられており、前記スプリッタが、光学タッチスクリーンセンサの構成部品として用いられることを特徴とする光パワースプリッタ。
【請求項３】
光源から複数の出力導波管に光を配分するための光パワースプリッタであって、多モード入力導波管と、スラブ領域と、前記出力導波管のアレイとを含み、光パワーが前記光源から前記多モード入力導波管に結合されており、前記出力導波管の幅の配分は、前記スラブ領域において回折する光学フィールドが前記出力導波管上に衝突したときに、前記導波管の断面積上の前記光学フィールドの積分が前記各々の出力導波管について実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする光パワースプリッタ。
【請求項４】
前記出力導波管が円弧に沿って前記スラブ領域に接続され、かつ前記入力導波管と前記スラブ領域との接合部に向けられることを特徴とする請求項３に記載の光パワースプリッタ。
【請求項５】
前記スラブ領域において回折する前記光学フィールドの強度分布が非ガウスであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の光パワースプリッタ。
【請求項６】
前記スプリッタが光学タッチスクリーンセンサの構成部品として用いられることを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項７】
光源から複数の出力導波管に光を配分するための光パワースプリッタであって、スラブ領域と前記出力導波管のアレイとを含み、前記光源が出力を直接前記スラブ領域に発し、前記スラブ領域における強度分布が非ガウスであり、前記出力導波管の配分は、前記スラブ領域における前記強度分布が前記出力導波管上に衝突したときに、前記導波管の断面積上の光学フィールドの積分が前記各々の出力導波管について実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする光パワースプリッタ。
【請求項８】
前記出力導波管が円弧に沿って前記スラブ領域に接続され、かつ前記出力が前記スラブ領域に入る位置に向けられることを特徴とする請求項７に記載の光パワースプリッタ。
【請求項９】
前記スプリッタが光学タッチスクリーンセンサの構成部品として用いられることを特徴とする請求項７に記載の光パワースプリッタ。
【請求項１０】
光源から複数の出力導波管に光を配分するための光パワースプリッタであって、スラブ領域と前記出力導波管のアレイとを含み、前記光源がビームを直接前記スラブ領域に発し、前記ビームが、前記スラブ領域の平面において実質的に一様な強度分布で回折し、前記スラブ領域における前記強度分布が前記出力導波管上に衝突したときに、前記導波管の断面積上の光学フィールドの積分が前記各々の出力導波管について実質的に等しくなることを特徴とする光パワースプリッタ。
【請求項１１】
前記ビームが実質的に環状形状であることを特徴とする請求項１０に記載の光パワースプリッタ。
【請求項１２】
前記出力導波管が円弧に沿って前記スラブ領域に接続され、かつ前記ビームが前記スラブ領域に入る位置に向けられることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の光パワースプリッタ。
【請求項１３】
前記出力導波管の幅が一様であることを特徴とする請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項１４】
前記スプリッタが光学タッチスクリーンセンサの構成部品として用いられる請求項１０から請求項１３までのいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項１５】
前記光源が、レーザ、発光ダイオード、又は補完的な導波管から選択されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項１６】
前記光源が、レーザ、発光ダイオード、又は環状コアをもつ補完的な導波管から選択されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項１７】
前記レーザが、レーザダイオード又は垂直方向キャビティ表面放出レーザであることを特徴とする請求項１５から請求項１６までのいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項１８】
前記補完的な導波管が光ファイバであるか又は統合された光学導波管であることを特徴とする請求項１５から請求項１７までのいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項１９】
前記補完的な導波管が光パワースプリッタの出力導波管であり、多ステージのスプリッタシステムを構成するようになったことを特徴とする請求項１５から請求項１８までのいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項２０】
前記出力導波管が多モードであることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項２１】
前記出力導波管が単一モードであることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項２２】
前記スラブ領域がこれに接続される前記出力導波管のアレイより幅広いことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の光パワースプリッタ。
【請求項２３】
電子デバイスのための入力デバイスであって、
光源と、
複数の光検出素子における光の強度を検出するための少なくとも１つの光検出器と、
平面を構成する入力域と、
各々が前記光源に結合された多モード入力導波管と、スラブ領域と、出力導波管のアレイとを含む、前記光源から前記複数の出力導波管に光を実質的に等しく配分するための少なくとも１つの光パワースプリッタと、
を含み、前記出力導波管が円弧に沿って前記スラブ領域に接続され、かつ前記入力導波管と前記スラブ領域との接合部に向けられることを特徴とする入力デバイス。
【請求項２４】
電子デバイスのための入力デバイスであって、
光源と、
複数の光検出素子における光の強度を検出するための少なくとも１つの光検出器と、
平面を構成する入力域と、
各々がスラブ領域と出力導波管のアレイとを含む、前記光源から前記複数の出力導波管に光を実質的に等しく配分するための少なくとも１つの光パワースプリッタと、
を含み、前記光源が、出力を直接前記スラブ領域に発し、前記出力導波管が円弧に沿って前記スラブ領域に接続され、かつ前記出力が前記スラブ導波管に入る位置に向けられていることを特徴とする入力デバイス。
【請求項２５】
電子デバイスのための入力デバイスであって、
光源と、
複数の光検出素子における光の強度を検出するための少なくとも１つの光検出器と、
平面を構成する入力域と、
各々が多モード入力導波管と、スラブ領域と、出力導波管のアレイとを含む、前記光源から前記複数の出力導波管に光を配分するための少なくとも１つの光パワースプリッタと、
を含み、光パワーが前記光源から前記多モード入力導波管に結合されており、前記出力導波管の幅の配分は、前記スラブ領域において回折する光学フィールドが前記出力導波管上に衝突したときに、前記導波管の断面積上の前記光学フィールドの積分が前記各々の出力導波管について実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする入力デバイス。
【請求項２６】
前記出力導波管が円弧に沿って前記スラブ領域に接続され、かつ前記入力導波管と前記スラブ領域との接合部に向けられることを特徴とする請求項２５に記載の光パワースプリッタ。
【請求項２７】
前記スラブ領域において回折する前記光学フィールドの前記強度分布が非ガウスであることを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載の光パワースプリッタ。
【請求項２８】
電子デバイスのための入力デバイスであって、
光源と、
複数の光検出素子における光の強度を検出するための少なくとも１つの光検出器と、
平面を構成する入力域と、
各々がスラブ領域と出力導波管のアレイとを含む、前記光源から前記複数の出力導波管に光を配分するための少なくとも１つの光パワースプリッタと、
を含み、前記光源が出力を直接前記スラブ領域に発し、前記スラブ領域における強度分布が非ガウスであり、前記出力導波管の配分は、前記スラブ領域における前記強度分布が前記出力導波管上に衝突したときに、前記導波管の断面積上の光学フィールドの積分が前記各々の出力導波管について実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする入力デバイス。
【請求項２９】
前記出力導波管が円弧に沿って前記スラブ領域に接続され、かつ前記出力が前記スラブ領域に入る位置に向けられることを特徴とする請求項２８に記載の入力デバイス。
【請求項３０】
電子デバイスのための入力デバイスであって、
光源と、
複数の光検出素子における光の強度を検出するための少なくとも１つの光検出器と、
平面を構成する入力域と、
各々がスラブ領域と出力導波管のアレイとを含む、前記光源から前記複数の出力導波管に光を配分するための少なくとも１つの光パワースプリッタと、
を含み、前記光源がビームを直接前記スラブ領域に発し、前記ビームが、前記スラブ領域の平面において実質的に一様な強度分布で回折し、前記スラブ領域における前記強度分布が前記出力導波管上に衝突したときに、前記導波管の断面積上の光学フィールドの積分が前記各々の出力導波管について実質的に等しくなることを特徴とする入力デバイス。
【請求項３１】
前記ビームが実質的に環状形状であることを特徴とする請求項３０に記載の入力デバイス。
【請求項３２】
前記出力導波管が円弧に沿って前記スラブ領域に接続され、かつ前記ビームが前記スラブ領域に入る位置に向けられることを特徴とする請求項３０又は請求項３１に記載の入力デバイス。
【請求項３３】
前記光源が、レーザ、発光ダイオード、又は補完的な導波管から選択されることを特徴とする請求項２３から請求項３２までのいずれか１項に記載の入力デバイス。
【請求項３４】
前記光源が、レーザ、発光ダイオード、又は環状コアをもつ補完的な導波管から選択されることを特徴とする請求項３０から請求項３２までのいずれか１項に記載の入力デバイス。
【請求項３５】
前記補完的な導波管が光ファイバであるか又は統合された光学導波管であることを特徴とする請求項３３から請求項３４までのいずれか１項に記載の入力デバイス。
【請求項３６】
前記補完的な導波管が光パワースプリッタの出力導波管であり、多ステージのスプリッタシステムを構成するようになったことを特徴とする請求項３３から請求項３６までのいずれか１項に記載の入力デバイス。
【請求項３７】
前記レーザが、レーザダイオード又は垂直方向キャビティ表面放出レーザであることを特徴とする請求項３３から請求項３６までのいずれか１項に記載の入力デバイス。
【請求項３８】
前記出力導波管が多モードであることを特徴とする請求項２２から請求項３７までのいずれか１項に記載の入力デバイス。
【請求項３９】
前記出力導波管が単一モードであることを特徴とする請求項２２から請求項３８までのいずれか１項に記載の入力デバイス。
【請求項４０】
前記スラブ領域がこれに接続される前記出力導波管のアレイより幅広いことを特徴とする請求項２２から請求項３９までのいずれか一項に記載の入力デバイス。
【請求項４１】
前記出力導波管の幅が一様であることを特徴とする請求項２２から請求項４０までのいずれか一項に記載の入力デバイス。
【請求項４２】
前記入力デイバスが光学タッチスクリーンセンサであることを特徴とする請求項２２から請求項４１までのいずれか一項に記載の入力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パワースプリッタに関する。本発明は、光学タッチスクリーンにおいて用いるための光パワースプリッタに関して特定の適用例を有し、この適用例に関して説明される。
【背景技術】
【０００２】
明細書全体にわたる従来技術のいずれの説明も、こうした従来技術が当該技術分野における共通の一般知識として広く知られていること又はその一部を形成することを認めるものであると決して考慮されるものではない。
【０００３】
米国特許番号第５,９１４、７０９号、第６，１８１，８４２号、及び第６，３５１，２６０号、及び米国特許出願番号２００２／００８８９３０  Ａ１、及び２００４／０２０１５７９  Ａ１（これらの内容は相互参照により本明細書に組み入れられる）は、平面状の光学導波管を用いて光ビームのアレイをスクリーン上に発し、次いで、これらをスクリーンの他方の側において収集して、位置敏感検出器に送る光学タッチスクリーンセンサを説明する。タッチスクリーンは、通常、二次元のものであり、送信導波管の２つのアレイ（Ｘ、Ｙ）がスクリーンの隣接する側部に沿い、受信導波管の２つの対応するアレイがスクリーンの他方の２つの側部に沿っている。「透過側」の一部として、一実施形態においては、単一の光源が、Ｘ及びＹの送信アレイの両方を形成する複数の導波管に光を発する。別の実施形態においては、Ｘ及びＹの送信アレイの各々は、別個の光源から光を受信する。米国特許出願番号２００４／０２０１５７９は、スクリーン上に発された光ビームは、実質的に一様な強度の光の「薄層」（すなわち、薄板）を形成するのが好ましいことを教示する。このことは、Ｘ、Ｙ受信アレイに関連する光検出器の必要とされるダイナミックレンジを最小にし、位置感知アルゴリズムのグレイスケール補間を高める。従って、単一の又は二重の光源の実施形態のいずれにおいても、光源から対応するＮ個の導波管のアレイに、出力の等しい１×Ｎの分割を有することが好ましい。この種の光学タッチスクリーンの空間分解能は、透過及び受信アレイにおける導波管の数に対応する、スクリーンを移動するビームの数により定められることが理解される。しかし、導波管のアレイは、スクリーンのベゼル内に嵌まる必要があるため、各々のアレイ内には限られた導波管の数のための空間しかなく、これは導波管ベースの光学タッチスクリーンの制限を表わす。
【０００４】
（光ファイバ又はチャネル導波管のような）二次元に光を閉じ込める光学導波管は、単一モードであってもよいし又は多モードであってもよい。単一モードの導波管においては、光パワーは、ほぼガウス形状である強度形状をもつ単一の明確なモードで伝播する。これは近似であるが、数学的には利便性があり、光学導波管をモデル化するときには頻繁に用いられる。以下では、単一モードの光学導波管における光の強度形状は、ガウス形状と呼ばれる。図１に示すように、単一モードチャネル導波管１０がスラブ領域１１に加わったときに、一次元における閉じ込めが解除された場合には、ガウスモード１２は閉じ込められていない次元に回折して、ガウス強度形状を維持する拡散波面１３を生成する。一方、多モード導波管においては、光パワーは、少なくとも２つのモード、より多くの場合には多数のモードで、単純なガウスより複雑な全体的な強度形状をもって伝播する。スラブ領域に入ると、光パワーは非ガウス形状の波面に回折する。
【０００５】
光パワーの等しい１×Ｎの分割が可能な統合された光デバイスは、単一モード導波管の場合について知られている。当該技術分野に知られるこうしたデバイスの１つの部類は、一般にＭＭＩスプリッタとして知られる多モード干渉スプリッタである（Ｌ．Ｂ．Ｓｏｌｄａｎｏ及びＥ．Ｃ．Ｍ．Ｐｅｎｎｉｎｇｓ，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｒｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第１３巻、第４号、６１５−６２７ページ、１９９５年４月）。特定の１×４の場合について図２に示すように、１×ＮのＭＭＩスプリッタ２０は、単一モード入力導波管２１と、多モードセクション２２と、Ｎ個の単一モード出力導波管２３とを含む。Ｎは、一般に２の倍数であり、等しい分割のためには、入力導波管を多モード領域の入力面上に中心を置き、出力導波管を出力面に沿って均一に離間するべきである。多モードセクション２２の幅及び長さを正しく選ぶことにより、入力導波管２１から放射される光は「自己像形成」されて、出力導波管への入口においてＮ個の像を形成する。理論上は、Ｎは２の倍数のいずれであってもよいが、デバイスの長さ及び製造許容差といった実際的な考慮は、１×２、１×４、又は１×８といった低いポート計数にＭＭＩスプリッタを制限する。さらに、ＭＭＩデバイスは明確な自己像を生成するのに干渉効果に依存するため、これらは単一モードの入力に対してしか適用できない。
【０００６】
より高いポート計数をもつ等しい１×Ｎの分割、又は、２の倍数ではないポート計数は、入力導波管と、回折スラブ領域と、Ｎ個の出力導波管とを含む「ツリー」スプリッタにより実現することができ、ここでは、出力導波管は、一般に、入力導波管上に中心を置く円弧上に配置される。１×８ツリースプリッタ３０が図３に示され、ここでは単一モードの入力導波管３１がウスビーム３２をスラブ領域３３に発している。このビームは、スラブ領域を通って伝播するときに回折して、衝突する拡散ガウス波面３４を生成し、出力導波管のアレイ３５に結合される。各々の出力導波管に結合される光の量は、導波管の断面積上で統合される光学フィールドにほぼ依存するため、出力の等しい分割は、導波管の幅が中心から離れるに伴い次第に増加するときに（ガウス形状がピークになる場所で）実現される。この種の１×Ｎスプリッタは、Ｓ．Ｄａｙ他による「Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｂａｓｅｄ  ｆｉｂｒｅ  ｐｉｇｔａｉｌｅｄ  １×１６  ｐｏｗｅｒ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ」Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ  第２８巻、第１０号、９２０−９２２ページ、１９９２年５月７日、及び、日本国特許出願番号Ｎｏ．ＪＰ６１３８３３５Ａ２により開示される。製造を容易にするため、出力導波管（及びスラブ領域）は、等しい高さを有するように制約され、このため重なり積分の断面積を調整するために、幅を変更する必要がある。さらに、出力導波管に結合される光の量を最大にするためには、出力導波管間の間隙３６は、できるだけ小さくするべきである。しかし、いずれの所与の製造技術も解像限界（すなわち、パターン形成できる最小の構造）を有するため、これらの間隙を任意に小さくすることはできない。
【０００７】
１×Ｎツリースプリッタは、当該技術分野においても周知のＭ×Ｎスターカプラの特別な場合であり（例えば、米国特許番号第４，９０４，０４２号を参照されたい）、ここではＭ個の入力導波管とＮ個の出力導波管とが、回折スラブ領域の両側に配置されている。入力導波管及び出力導波管は、一般に単一モードであるが、多モードの導波管をもつツリースプリッタ及びスターカプラもまた当該技術分野において知られている（例えば、米国特許番号第４，４８４，７９４号及び第６，０２１，２４３号を参照されたい）。しかし、既知の多モード導波管スターカプラにおいては、入力導波管及び／又は出力導波管は、幅が常に一様であり、スラブ領域における特定の強度形状に適合するように幅の配分を調整しようとする試みはなされたことがない。何百又は場合によっては何千ものモードを支持する高度に多モードの導波管においては、高度に多モードの入力導波管からスラブ領域に回折する波面は、多かれ少なかれ強度が一様であり、同一の出力導波管のアレイへの多かれ少なかれ等しい分割がもたらされるため、この手法が許容可能である。
【０００８】
単一モード導波管と、２つから数十のモードのオーダーで支持する高度な多モード導波管との間に位置する、少数モード導波管と呼ぶことができる別の方式がある。少数モード入力導波管の場合においては、スラブ領域における回折波面は、非ガウスではあるが明確な強度形状を有することができ、等しい分割を実現するためには、出力導波管の幅は、対応する「逆の」又は「相補的な」形状を辿ることが好ましい。従来技術の導波管ベースの光学タッチスクリーンにおいては、システム設計の種々の態様は、多モード導波管又は少数モード導波管が好ましいことを意味する。しかし、我々が知る限り、当該技術分野において、少数モード入力導波管からの光パワーの等しい１×Ｎの分割を実現するためのデバイスは知られていない。したがって、出力導波管の幅を適切に調整することにより、入力導波管からスラブ領域に発される非ガウスビームの実質的に等しい分割を実現する統合された光学１×Ｎスプリッタを提供することが望ましい。さらに、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサにおいては、単一の入力導波管からの光の実質的に等しい１×Ｎの出力分割を実現する統合された光学１×Ｎスプリッタを提供することが望ましい。
【０００９】
上述の説明は、光が入力導波管からスラブ領域に入る１×Ｎの分割のためのデバイスを扱うものである。入力導波管がなくて、光が光源からスラブに直接発される場合には、異なる状況が生じる。光パワーの等しい１×Ｎの分割を実現するためには、出力導波管の幅の配分を、スラブ領域において回折する光の特定の強度分布に対してさらに調整して、光学フィールドと導波管の断面積の重なり積分が各々の出力導波管について等しくなるようにする必要がある。したがって、出力導波管の幅を適切に調整することにより、光源からスラブ領域に発される非ガウスビームの実質的に等しい分割を実現する統合された光学１×Ｎスプリッタを提供することが望ましい。さらに、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサにおいては、光源からスラブ領域に直接発される光の実質的に等しい１×Ｎの出力分割を実現する統合された光学１×Ｎスプリッタを提供することが望ましい。
【００１０】
光をスラブ領域に発して、実質的に一様な又は「トップハット」強度分布を励起することができる場合には、出力導波管は等しい幅を有することができるため、特に好都合な状況が生じる。したがって、適切な光源でスラブ領域において実質的に一様な強度分布を直接励起することにより、光パワーの実質的に等しい１×Ｎの分割を実現するための手段を提供することが望ましい。
【００１１】
１×Ｎツリースプリッタに等しい強度分割が要求される場合には、特定の強度分布（すなわち、ガウス又は他のもの）にかかわらず、すべての出力を捕捉することは不可能である。これは、すべての物理強度分布は無限遠に向けて次第に減少するためであり、各々の出力導波管が入力出力の１／Ｎを受信する場合には、最も外側の導波管は無限の幅を有することが必要になる。これは一般には実際的なことではないため、強度分布の外縁は無視されるか又は廃棄されなければならない。このことは、スラブ領域をこれに接続される出力導波管のアレイ（すなわち、これらがスラブ領域に接続する場所）より広く設計することにより保証されて、強度分布の外縁は導波管アレイの外になる。すなわち、スラブ領域の（一般に湾曲した）端面は、出力導波管の幅と間に入る間隙との合計より長くなる。このことは、ＪＰ６１３８３３５Ａ２（ツリースプリッタ）及び米国特許出願番号第４，９０４，０４２号（スターカプラ）に記載されるように単一モードの場合について当該技術分野において知られている。しかし、我々が知る限り、多モード導波管をもつこうしたデバイスは、入力導波管及び／又は出力導波管が完全にスラブ孔を充填するように型通りに設計されている（例えば、米国特許番号第４，４８４，７９４号及び第６，０２１，２４３号を参照されたい）。ここでも、このことは、スラブ領域に回折する波面の強度が、末端部において最小の出力をもつように多かれ少なかれ一様である高度な多モード導波管にとって一般に許容可能である。しかし、少数モード入力導波管の場合においては、スラブ領域における回折波面は、非ガウスを有するが、依然として明確な強度形状、及び等しい分割のために廃棄しなければならない、末端部における顕著な出力を有する。単一モードの場合と同様に、このことは、スラブ領域をこれに接続された出力導波管のアレイより広く設計することにより行うことができる。こうした設計の第２の利点は、スラブ領域の側壁からの回折波面のどのような反射も防ぐことである。これらの反射は、主要な回折ビームと干渉して、強度において干渉ピーク及びトラフを引き起こし、導波管の寸法に相当する長さのスケールにおいてスラブ領域の端部における出力配分にスペックルをもたらすことになる。したがって、本発明の１×Ｎツリースプリッタにおいては、回折スラブ領域がこれに接続される出力導波管のアレイより幅広いことが好ましい。
【００１２】
本発明の目的は、従来技術の欠点の少なくとも１つを克服するか又は改善すること、又は有益な代替技術を提供することである。
【発明の開示】
【００１３】
このために、本発明の第１の態様は、光学タッチスクリーンセンサの構成部品として、光源から複数の出力導波管のアレイに光を実質的に等しく配分するための光パワースプリッタを提供する。光パワースプリッタは、一端に多モード入力導波管が接続されたスラブ領域と、スラブ領域の反対側の端部に接続された出力導波管のアレイとを含む。光源は、光を多モード入力導波管に向ける。光源は、発光ダイオードであるか、レーザダイオードのようなレーザであるか、又は垂直方向表面放出レーザであることが好ましい。或いは、光源は光ファイバ又は統合された光学導波管のような補完的な導波管である。出力導波管は、円弧に沿ってスラブ領域に接続され、かつ入力導波管とスラブ領域との接合部に向けられていることが好ましい。出力導波管は多モードであることが好ましい。或いは、出力導波管は単一モードである。スラブ領域は、接続される出力導波管のアレイより幅広いことが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の態様は、光学タッチスクリーンセンサの構成部品として、光源から複数の出力導波管に光を実質的に等しく配分するための光パワースプリッタを提供し、ここでは、前述の光源が光ビームをスラブ領域に向け、それにより前述のビームが前述の複数の出力導波管により受信される前に回折する。出力導波管は、円弧に沿ってスラブ領域に接続され、かつ前述の光源からの光が前述のスラブ領域に入る位置の方向に向けられることが好ましい。出力導波管は多モードであることが好ましい。或いは、出力導波管は単一モードである。スラブ領域は、接続される出力導波管のアレイより幅広いことが好ましい。光源は、発光ダイオードであるか、レーザダイオードのようなレーザであるか、又は垂直方向表面放出レーザであることが好ましい。或いは、光源は光ファイバ又は統合された光学導波管のような補完的な導波管である。
【００１５】
本発明の第３の態様は、光源から出力導波管アレイに光を実質的に等しく配分するための光パワースプリッタを提供し、ここでは、出力導波管のすべてが同じ幅を有するわけではない。光パワースプリッタは、一端に多モード入力導波管が接続されたスラブ領域と、スラブ領域の反対側の端部に接続された出力導波管のアレイとを含む。光源は、光を多モード入力導波管に向ける。光源は、発光ダイオードであるか、レーザダイオードのようなレーザであるか、又は垂直方向表面放出レーザであることが好ましい。或いは、光源は光ファイバ又は統合された光学導波管のような補完的な導波管である。スラブ領域は、接続される出力導波管のアレイより幅広いことが好ましい。出力導波管は、円弧に沿ってスラブ領域に接続され、かつ入力導波管とスラブ領域との接合部に向けられることが好ましい。出力導波管は多モードであることが好ましい。或いは、出力導波管は単一モードである。光パワースプリッタは、光学タッチスクリーンセンサの構成部品であることが好ましい。
【００１６】
本発明の第４の態様は、光源から複数の出力導波管に光を実質的に等しく配分するための光パワースプリッタを提供し、ここでは、前述の光源が光ビームをスラブ領域に向け、それにより前述のビームが多ピーク強度分布で回折し、前述の回折されたビームが前述の複数の出力導波管により受信され、出力導波管の幅の配分は非一様であり、かつ等しい出力量が各々の出力導波管に結合されるように調整される。出力導波管は、円弧に沿ってスラブ領域に接続され、かつ前述の光源からの光が前述のスラブ領域に入る位置に向けられることが好ましい。光源は、発光ダイオードであるか、レーザダイオードのようなレーザであるか、又は垂直方向表面放出レーザであることが好ましい。或いは、光源は光ファイバ又は統合された光学導波管のような補完的な導波管である。スラブ領域は、接続される出力導波管のアレイより幅広いことが好ましい。出力導波管は多モードであることが好ましい。或いは、出力導波管は単一モードである。光パワースプリッタは、光学タッチスクリーンセンサの構成部品であることが好ましい。
【００１７】
本発明の第５の態様は、光源から複数の出力導波管に光を実質的に等しく配分するための光パワースプリッタを提供し、ここでは、前述の光源が光ビームをスラブ領域に向け、それにより前述のビームがスラブ領域の平面において実質的に一様な強度分布で回折し、前述の回折されたビームが前述の複数の出力導波管により受信される。ビームは環状形状であることが好ましい。光源は発光ダイオードであるか、レーザダイオードのようなレーザであるか、又は垂直方向表面放出レーザであることが好ましい。或いは、光源は、光ファイバ又は統合された光学導波管のような環状コアをもつ補完的な導波管である。導波管は一様な幅を有することが好ましい。スラブ領域は、接続される出力導波管のアレイより幅広いことが好ましい。出力導波管は多モードであることが好ましい。或いは、出力導波管は単一モードである。光パワースプリッタは、光学タッチスクリーンセンサの構成部品であることが好ましい。
【００１８】
導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサ内では、上述の態様のいずれかによる光パワースプリッタは、例えば、直列で又は並列で、組み合わせて用いることができる。例えば、導波管ベースの光学タッチスクリーンの透過側は、レーザダイオードのような光源が、光を第２、第４又は第５の態様による光パワースプリッタに直接発し、Ｍ個の導波管に光を配分する分割の第１ステージと、Ｍ個の導波管の各々が第１又は第３の態様によるＮ個の出力導波管をもつ光パワースプリッタに供給する分割の第２のステージと、を含む多ステージの分割システムを含んで、光パワーのＭ*Ｎ分割をもたらすことができる。これらのＭ個の導波管は、分割の第２ステージにおいて光源として働く補完的な導波管として考慮することができる。
【００１９】
内容において別の形態が要求されない限り、説明及び特許請求全体にわたり、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び同様なものは排他的な又は網羅的な意味ではなく、包括的な意味で解釈されるべきであり、すなわち、「含むが、これに限定されるものではない」という意味である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ここで本発明を、一例に過ぎないものとして、添付図面を参照して説明する。
当該技術分野に知られる多数の光学タッチスクリーンは、ディスプレイの正面に確立された（通常赤外線の）１つ又はそれ以上の光ビームの干渉によりタッチ位置を構成する。この種のほとんどの光学タッチスクリーンは、例えば、米国特許番号第３，７６４，８１３号、第４，２４３，８７９号、及び第４，６９２，８０９号に開示されており、ビームを発生させるのにたくさんの光源を必要とし、結果として、望ましくない高い構成部品の費用を有する。対照的に、上述の導波管ベースの光学タッチスクリーンは、光ビームを配分するのに導波管を用い、必要な光源は１つ又は２つだけであり、大幅な費用の節約を表わす。これらは少数の光源しかないため、これらのタッチスクリーンは、さらに、好ましくは実質的に一様な方法により光パワーを導波管に配分するための幾つかの手段を必要とする。典型的な光学タッチスクリーンにおいては、透過側における導波管の数は１００のオーダーであり、受信側には対応する数がある。例えば、５ｍｍの分解能をもつ導波管ベースの光タッチセンサを備える２１０ｍｍ×２８０ｍｍのディスプレイは、（（２１０／５−１）＋（２８０／５−１））＝９６の透過導波管を必要とし、より良好な分解能が必要である場合には、明らかにより多くの透過導波管が必要になる。
【００２１】
統合された光学導波管の当業者は、大きいＮ（１００のオーダー）でＮ個の統合された光学導波管に光パワーの実質的に一様な配分を実現する作業は、最も単純な形態で、入力導波管と、回折スラブ領域と、Ｎ個の出力導波管とを含む１×Ｎ「ツリースプリッタ」により最も良好に行われることを知っている。１×Ｎトリースプリッタは、同様に当該技術分野で知られるＭ×Ｎ「スターカプラ」の特別の場合であり、ここでは、Ｍ個の入力導波管とＮ個の出力導波管が回折スラブ領域の両側に配置される。トリースプリッタ及びスターカプラは、単一モード導波管（Ｓ．Ｄａｙ他「Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｂａｓｅｄ  ｆｉｖｒｅ  ｐｉｇｔａｉｌｅｄ  １×１６ｐｏｗｅｒ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ」Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ第２８巻、第１０号、９２０−９２２ページ、１９９２年５月７日、ＪＰ６１３８３３５Ａ２）、及び、多モード導波管（米国特許番号第４，４８４，７９４号及び第６，０２１，２４３号）の両方に対して、統合された光学導波管の技術分野において知られているが、これまで、導波管ベースの光学タッチスクリーンにおける光パワー配分問題には適用されていない。
【００２２】
したがって、本発明の第１の態様は、入力導波管から光学タッチスクリーンセンサにおける出力導波管のアレイに光を実質的に等しく配分するための光パワースプリッタを提供する。従来技術で知られるように、実質的に一様な分割のためには、光パワースプリッタは、図３に示すように、出力導波管が円弧に沿ってスラブ領域に接続されて、入力導波管とスラブ領域との接合部に向けられるように設計されることが好ましい。図３に示す光パワースプリッタは単一モードの入力導波管のために特別に設計されたものであり、出力導波管の幅は、スラブ領域３３における強度分布３４を補うように調整されている。しかし、光学タッチスクリーンセンサにおいて通常用いられる多モード導波管においては、こうした出力導波管の幅の構成は不適切である。妥当な近似によれば、多モード入力導波管からの光パワーの実質的に等しい分割は、単純に、出力幅の一様な構成により実現することができる。この「等しい幅」の状況は、設計及び製造においては実施するのが簡単であり、「等しい分割」の近似は、入力導波管において支持される光学モードの数が増加するに伴い、一般に改善される。
【００２３】
図４に示すように、本発明の第１の態様による光パワースプリッタの１つの適用例は、レーザダイオード、ＬＥＤ、又はＶＣＳＥＬといった光源４０からの光が多モード入力導波管４１に結合され、そこから位置４３におけるスラブ領域４２に結合される、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサの発出端部においてである。多モード入力導波管４１により支持されるモードの数に応じて、光学フィールドは、多かれ少なかれ一様な強度分布を球状の波面４４にもって、スラブ領域４２において拡がる。拡張波面４４は、次いで、等しい幅で位置４３に中心を置く円弧に沿って配置され、すべて位置４３に向けられた複数の出力導波管４５に遭遇する。出力導波管４５は単一モードであってもよいし又は多モードであってもよいが、本適用例においては、多モードであることが好ましい。出力導波管の数は図４において８だけであるが、本適用例においては、１００のオーダーのはるかに大きい数の出力導波管がある。出力導波管４５に結合される光の量を最大にするためには、出力導波管間の間隙４６は、製造工程の制限内においてできるだけ小さくすべきであることが理解される。スラブ領域４２は、これに接続される出力導波管４５のアレイより幅広く、かつ、拡張波面４４が側壁４７に遭遇しないように十分に幅広いものであることが好ましい。これは、出力配分の一様性に干渉し、これに影響を及ぼすことがある側壁からのあらゆる反射を防ぐためである。当業者であれば、多モード入力導波管４１と、スラブ領域４２と、出力導波管４５とを含む光パワースプリッタ４８は、一般に、図４に示されない基板上に支持されることを理解するであろう。光パワースプリッタ４８の多モード入力導波管４１、スラブ領域４２、及び出力導波管のアレイ４５は、共通の対称軸４９を供給することが好ましい。
【００２４】
本発明の第１の態様による光パワースプリッタの第２の適用例は、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサの透過側に光パワー配分の第２ステージを提供することである。上述のように、従来技術の導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサにおける制限は、スクリーンのベゼル内に嵌めることができる導波管の数により空間分解能が制限されることである。図５に概略的に示すように、この制限は、分割の第２ステージを用いることにより克服することができる。図５は、第１（発出）ステージ光パワースプリッタ５２からの出力導波管のアレイ（２つの最も外側の導波管５１により表わされる）を示し、その各々は分割の第２ステージを提供する１×２光パワースプリッタ５３に供給する。１×２スプリッタ５３からの出力導波管５４は、次いで、スクリーン５６の縁に沿って発出光学部品５５に供給する。発出光学部品５５の詳細は、本発明の目的のためには特に重要ではないが、従来技術におけるように、接触ビームを生成するように凸状端面をもつ回折スラブ領域を含むことができる。或いは、発出光学部品は、米国仮特許出願番号第６０／６２２１８６号に開示される付加的なレンズを含んでもよいし、又は、米国仮特許出願番号第６０／６５０７９０号に開示される回折光学部品を含んでもよい。ここで極めて重要なのは、慎重で自明ではない導波管レイアウト設計により、接触ビームの数は、透過側導波管アレイの全体的な幅をほとんど又は全く増加させることなく増加させることができ、したがって、空間分解能の制限を克服できることである。例えば、図５に示す第２ステージの１×２スプリッタは、関連する光学タッチスクリーンの空間分解能を効率的に２倍にする。同様に、空間分解能は、第２ステージの１×３又は１×４ツリースプリッタを用いることにより３倍又は４倍にすることができる。
【００２５】
基本的な１×Ｎツリースプリッタ設計の有利な態様は、２ほど小さい値から１００又はそれ以上ほど大きい値まで幅広い範囲のＮに適用可能であることである。したがって、第２ステージの１×Ｎツリースプリッタは、Ｎの値が異なること以外は、第１ステージのスプリッタについて上述されたのと同じ設計特徴を有する。
２を超える光パワー分割のさらに別のステージもまた本発明の範囲内にあることが理解されるべきである。
【００２６】
図４に示す第１ステージの出力配分スプリッタにおいては、多モード入力導波管４１は必ずしも厳密には必要なものではないため、省いて、光源４０が、光を直接スラブ領域４２に発するようにすることができる。したがって、本発明の第２の態様は、光学タッチスクリーンセンサの構成部品として、光源から複数の出力導波管に実質的に等しい光を配分するために光パワースプリッタを提供し、ここでは、前述の光源は、光ビームをスラブ領域に向け、それにより前述のビームが前述の複数の出力導波管により受信される前に回折する。入力導波管４１を省くこと以外では、本発明の第２の態様によるこの光パワースプリッタは、本発明の第１の態様による光パワースプリッタと同一である。この構成は、少なくともスラブ領域４２の平面におけるスプリッタに対する光源の配置の許容差を緩和するため、光学タッチスクリーンセンサの組立中に有利とすることができる。しかし、依然として、光源４０をスプリッタのおおよその対称軸４９上に位置決めすることが好ましい。光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードといったエミッタであってもよいし、又は、スラブ領域と密接であるが物理的には分離している（すなわち、一体的ではない）光ファイバ又は統合された光学導波管といった補完的な導波管であってもよい。
【００２７】
上述のように、入力導波管と、スラブ領域と、出力導波管のアレイとを含み、等しい分割のために設計された光パワースプリッタは、単一モード入力導波管及び高度な多モード入力導波管に対して当該技術分野において知られている。単一モード入力導波管においては、等しい分割は、スラブ領域に拡がる波面の（ほぼガウス）強度形状を補完するように出力導波管の幅を調整することにより実現される。一方、高度に多モードの導波管においては、等しい分割は、拡張波面の強度がほぼ一様であると仮定して、単純に、一様な出力導波管の幅で実現することができる。幾つかの光学モードだけを支持する多モード入力導波管においては、回折スラブ領域に拡がる波面は、著しく非一様な強度分布を有して、等しい出力分割は、単純に、一様な出力導波管の幅によっては実現できないことがある。それにもかかわらず、波面は、図６に示す二つのピーク形状といった明確な強度分布を有し、等しい出力分割は、依然として、出力導波管の幅を適切に調整することにより取得することができる。
【００２８】
同様に、発光ダイオード、高出力レーザダイオード、及び垂直方向キャビティ表面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ）といった多数の光源は単純なガウス放出形状をもたない。結果として、こうした源からの光が直接スラブ領域に発された場合には、等しい出力分割は従来技術の単一モード又は多モードのスプリッタのいずれによっても実現できない。
【００２９】
光が、スラブ領域に入力導波管により導入されても又はエミッタから導入されても、等しい出力分割を実現するための光学スプリッタは、スラブ領域に拡がる波面が多ピーク形状を有する「少数モード」の場合に対しては当該技術分野において知られていない。こうした場合においては、光学スプリッタは、特定的に、拡張波面の強度分布を補う（すなわち、本質的にはその逆である）出力導波管の幅の配分をもって設計されなければならない。
【００３０】
したがって、本発明の第３の態様は、多モードの入力導波管が非ガウス（例えば、多ピーク）ビームを１×Ｎスプリッタのスラブ領域に発する場合、及び出力導波管の幅の配分が非一様である場合に対する等しい出力分割問題の一般化である。より具体的には、出力導波管の幅は、スラブ領域において回折する非ガウスビームが出力導波管の孔に衝突したとき、導波管の断面積上の光学フィールドの積分が、各々の出力導波管について実質的に等しくなるように選択される。出力導波管は、単一モードであってもよいし又は多モードであってもよいが、多モードであることが好ましい。出力導波管は、入力導波管上に中心が置かれた円弧に取り付けられ、入力導波管に向けられることが好ましい。図６は、入力ビームが２つの突出した強度分布６１に回折し、出力導波管６２の幅が強度分布６１を補うように調整された１×８光パワースプリッタ６０の例を示す。こうした場合は、入力導波管６３が少なくとも２つのモードを支持する場合に生じることができる。スラブ領域６４は、これに接続される出力導波管６２のアレイより幅広く、かつ、拡張波面６１が側壁６５に遭遇しないように十分に幅広いことが好ましい。これは、出力配分の一様性と干渉し、かつこれに影響を及ぼすことがある側壁からのいずれの反射も防ぐためである。本発明の第３の態様による光パワースプリッタは、例えば、本発明の第１の態様に対して上述されたように、第１ステージ又は第２ステージの分割において、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサに光パワーを配分するのに有利に用いることができる。
【００３１】
本発明の第４の態様は、非ガウス（例えば、多ピークの）放出形状をもつ光源が出力をスプリッタのスラブ領域に直接発する場合、及び、出力導波管の幅の配分が非一様である場合に対する等しい分割問題の別の一般化である。より具体的には、出力導波管の幅は、スラブ領域に発されて回折する非ガウスビームが出力導波管の孔に衝突したときに、導波管の断面積上の光学フィールドの積分が、各々の出力導波管について実質的に等しくなくように選択される。出力導波管は、単一モードであってもよいし又は多モードであってもよいが、多モードが好ましい。出力導波管は、出力がスラブ領域に入る位置に中心が置かれた円弧に取り付けられ、その位置に向けられることが好ましい。スラブ領域は、これに接続される出力導波管のアレイより幅広く、かつ、拡張波面がスラブ領域の側壁に遭遇しないように十分に幅広いことが好ましい。これは、出力配分の一様性と干渉し、かつこれに影響を及ぼすことがある側壁からのいずれの反射も防ぐためである。本発明の第４の態様による光パワースプリッタは、本発明の第２の態様に対して上述されたように、第１ステージの分割において、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサに光パワーを配分するのに有利に用いることができる。
【００３２】
本発明の第５の態様は、光源からの光パワーを直接光パワースプリッタのスラブ領域に発して、スラブ領域の平面においてほぼ一様な強度分布に回折するようにするための手段を扱う。こうした強度分布においては、ほぼ等しい出力分割は、出力導波管の一様なアレイにより取得することができ、すなわち、出力導波管の幅の構成を調整する必要はない。環状強度分布をスラブ領域に発することにより、所望の実質的に一様な強度分布をスラブ領域において取得することが可能である。ここで用いられる「環状強度分布」という用語は、少ない又は非常に低い強度の中央領域と高い強度の周囲領域とを有するあらゆる横方向の強度分布を含む。周囲領域内の半径方向の強度分布は、実質的に一様であってもよいし又は異なっていてもよい。半径方向の強度分布は、例えば、米国特許番号第６，５７７，７９９号に説明されるＴＥＭ01*レーザビームのもののような明確な機能形態を有することができ、又は、例えば、レーザ源のゲイン形状から生じる純粋な現象論的形態を有することができる。この種の強度分布は、時には「ドーナツ型」配分と呼ばれる。図７ａを参照すると、環状形状の光ビーム７１がスラブ領域７２に投影される。環状ビームの半径方向の強度分布、スラブ領域の厚さ、及び／又は、スタブに対するビームの位置決めを正しく選択することにより、ビーム形状とスラブの重なり積分は、図７ｂに示すように、スラブ領域の平面において実質的に一様な配分でスラブ領域を通して幅を増加させて伝播する発出強度パターンをもたらすことができる。より厳密には、図７ａの（ｘ,ｙ）座標系を用いて、ｘ次元における強度分布ｐ（ｘ）は、
【数１】
2008523424.tif 000003
によりおおよそ与えられ、ここでＩ（ｘ，ｙ）はビーム強度形状であり、±ａはｙ次元におけるスラブの範囲を表わす。図７ａの理想的な場合においては、Ｐ（ｘ）は、図７ｂに示す「トップハット」関数である。Ｐ（ｙ）が一様になる必要はないことに注意すべきである。すなわち、スラブ領域に対して垂直な強度分布は、各々の出力導波管が同じ出力量を受信する限り、どのような形状であってもよい。依然として、強度分布の外縁を廃棄する必要があり、図７ｂにおける点線は、使用可能部分の境界をマークする。多数の実際的な実施形態においては、強度分布の上部は、完璧に平らではなく、幾らかの変動を有することがある。特定の光源が環状パターンで光を放出するようにすることができ、ＶＣＳＥＬは、多くの場合、元々、光の環状パターンを放出する対照的なゲイン形状を有するため、特に有利である。環状強度分布は、さらに、環状コアをもつ光ファイバのような補完的な導波管からスラブ領域に発することができる。図７ａにおいては、適当な重なりを取得するためには、ビームを（ｘ，ｙ）平面におけるスラブ領域と正しく位置合わせする必要があることが理解される。光源は、多くの場合、光を発散様式で放出するため（例えば、この場合においては、環状パターンは拡がっていることになる）、ｚ次元における正しい配置もまた必要になる。
【００３３】
本発明の第５の態様による光パワー分割手段は、本発明の第２の態様について上述された第１ステージの分割において、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサに光パワーを配分するために有利に用いることができる。
【００３４】
本発明の光パワースプリッタ及び関連する導波管アレイは、フォトリソグラフィ／湿式現像工程を用いてフォトパターン形成可能なポリマーから費用効果がある様式で製造できるという利点がある。フォトパターン形成可能なポリマーは、パターン形成することができる。容易かつ穏やかな条件（例えば、溶剤現像が続くＵＶ露光）のために特に好ましい。フォトパターン形成可能なポリマーの例は、アクリル酸塩及びシロキサンを含む。
【００３５】
１つの特に好適な材料の部類は、例えば、米国特許番号第６，８００，７２４号、第６，８１８，７２１号、及び第６，９６５，００６号に開示されるように、縮合反応により合成されたＵＶ硬化性シロキサンポリマーである。シロキサンポリマーは、シリコン、ガラス、及びプラスチックを含む種々の基板に対して優秀な接着を有する。光開始剤又は熱開始剤を加えて硬化速度を増加させることができる。市販の光開始剤の例は、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４）、２−メチル−１［４−メチルチオ］フェニル１］−２−モルフォリノプロパン−１−ワン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７）、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−ワン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１）、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１（Ｉｒｇａｃｕｒｅ３６９）４−（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−ワン（Ｄａｒｐｃｕｒ１１７３）、ベンゾフェノン（ＤａｒｏｃｕｒＢＰ）、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル］−２ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−ワン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ２９５９）、４，４’−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン（ＤＥＡＢ）、２−クロロチオキサントン、２−メチルチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、ベンゾイン、及び４，４’−ジメトキシベンゾインを含む。可視光で硬化させるためには、開始剤は、例えばカンフルキノンとすることができる。２つ又はそれ以上の光開始剤の混合物をさらに用いることができる。例えば、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１０００は、８０％のＤａｒｏｃｕｒｅ１１７３と２０％のＩｒｇａｃｕｒｅ１８４との混合物である。熱硬化に対しては、過酸化物形態の有機過酸化物（例えば、過酸化ジベンゾイル）、ペルオキシジカルボネート、パーエステル（ｔ−ブチルパーベンゾアート）、パーケタール、過酸化水素、並びに、ＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）を開始剤として用いることができる。
【００３６】
安定剤、可塑剤、コントラスト増強剤、染料、又はフィルタといった他の添加剤を加えて、要求に応じてポリマーの特性を高めることができる。
【００３７】
本発明の種々の態様による光パワースプリッタ及び関連する導波管の製造が、以下の制限的ではない例において説明される。
【実施例１】
【００３８】
図８及び図９に関しては、この実施例は、１×１２０スプリッタの製造及び本発明の第２の態様による導波管ベースの光学タッチスクリーンにおけるその使用を示し、ここではスラブ領域への直接の発出を可能にするために入力導波管が省かれている。
【００３９】
米国特許番号第６，８１８，７２１号に開示される手順により、低い屈折率のポリマーＡが、２５００ｃＰの粘度（２０℃で）及び１．４８３の屈折率（２０℃において、室内照明でＡｂｂｅ屈折計により測定された）で調製された。高い屈折率のポリマーＢが、２２００ｃＰ（２０℃で）及び１．５０９の屈折率で調製された。好適な光開始剤が両方のポリマーＡ及びポリマーＢに加えられた。
【００４０】
ポリマーＡはシリコンウェハ上にスピンコートされ、水銀灯からのＵＶ光で硬化されて、２０μｍの厚さで１．４７８の屈折率をもつ下方外装層を形成した（２０℃及び１５５０ｎｍで）。ポリマーＢは、下方外装上にスピンコートされて、１１μｍの厚さのコア層を形成し、マスクを通してＵＶ光でパターン形成された。露光されなかったポリマーＢ材料は、次いで、イソプロパノールにおいて溶解されて、光パワースプリッタ８０形態の露光されたコア材料を残した。露光されたポリマーＢ材料は、１．５０５の屈折率を有した（２０℃及び１５５０ｎｍで）。最後に、上方外装層が、ポリマーＡの第２層のスピンコート及びＵＶ硬化により付着された。
【００４１】
図８は、本発明の第２の態様による導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサの構成部品を形成する光パワースプリッタ８０を示す。スプリッタ８０は、入力面８６と、スラブ領域８１と、外形８２により表わされる１２０の出力導波管のアレイとを含む。スラブ領域８１は、２．４５ｍｍの幅８３と、５．８７ｍｍの長さ８４とを有し、入力面８６の真ん中に中心を置き、曲率６．００ｍｍの半径をもつ円弧により定められた湾曲面８５で終了する。外形８２内の１２０の出力導波管（そのうちの３つが９０とマークされて図９に示される）の各々は、８．８μｍの幅９１を有し、１５．３μｍのピッチで離間されている（すなわち、６．５μｍの間隙９２で、製造工程における間隙充填を防ぐように設計されている）。出力導波管のアレイ８２は、湾曲面８５の全弧長２．４７ｍｍ内のおおよそ１．８３ｍｍの弧長を占め、各々が長さ０．３２ｍｍの２つの部分８７、８８を残している。これらの部分は、スラブ領域８１内の強度分布の低強度のウィングを拒否し、これらのウィングが側壁から反射されることを防ぐように設計される。作動中、８５０ｎｍで作動しているＶＣＳ８９は、スラブ領域８１の入力面８６の中心に直接光を発し、これにより光は出力導波管８２のアレイに入る前に回折する。
【００４２】
８５０ｎｍの波長で作動するように設計されたスプリッタ８０においては、当業者であれば、出力導波管は単一モードではなく、多モードであることを理解するであろう。このことは、
【数２】
2008523424.tif 000004
により導波管パラメータＶを計算することによって示すことができる。
【００４３】
導波管コアの半分の幅ａが５．５μｍに等しく、コア及び外装屈折率ｎco及びｎclがおおよそ１．５０５及び１．４７８であり、波長λが８５０ｎｍである場合には、Ｖはおおよそ１１．５であり、これは１より大幅に大きく、導波管が多モードであることを示す。
【実施例２】
【００４４】
この実施例は、本発明の第５の態様による光パワー分割手段を示す。実施例１に説明されたように、入力面８６と、スラブ領域８１と、１２０の出力導波管８２のアレイとを含む１×１２０スプリッタが製造される。この実施例においては、光源８９は、環状の光パターンを放出し、スラブ領域の平面において実質的に一様な強度分布で、光がスラブ領域８１に発されるように入力面８６と位置合わせされる。出力導波管８２のすべては等しい幅を有するため、実質的に一様な光の分割が実現される。
【実施例３】
【００４５】
図１０を参照すると、この実施例は、１×１２０の光パワースプリッタの製造、及び本発明の第１の態様による導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサにおけるその使用を示す。実施例１に説明される手順により、多モード入力導波管１０４と、スラブ領域１０１と、１２０の出力導波管１０２のアレイとを含む１×１２０スプリッタが製造される。スプリッタ１００は、出力導波管の各々と同じ幅（８．８μｍ）を有する多モード入力導波管１０４をもつ点においてのみ実施例１のスプリッタ８０と異なる。８５０ｎｍで作動するＶＣＳ１０３からの光が多モード入力導波管１０４に発され、実施例１に説明されるように出力導波管１０２に配分される。
【実施例４】
【００４６】
図１１を参照すると、この実施例は、１×２光パワースプリッタ１１０の製造、及び本発明の第１の態様による導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサにおけるその使用を示す。具体的には、これは、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサの透過側において光パワー分割の第２ステージで用いられる。実施例１に説明された手順により、多モード入力導波管１１１と、スラブ領域１２と、２つの出力導波管１１３とを含む１×２光パワースプリッタが製造される。各々の導波管は幅が８．８ｍｍである。分割程度がはるかに低いために、スラブ領域１１２は、実施例１の対応する領域８１よりはるかに小さく、５０μｍの幅、２１０μｍの長さ１１５を有し、入力導波管１１との接合部に中心を置く円弧である湾曲面１１６で終了する。
【実施例５】
【００４７】
図１２を参照すると、この実施例は、実施例１で説明された１×１２０光パワースプリッタ１２１と、実施例４で説明された１２０の１×２光パワースプリッタ１２２のアレイと、接続導波管をもつ、２４０の透過素子１２３のアレイとを含む導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサの透過側光学導波管のレイアウト１２０を示す。８５０ｎｍのＶＣＳＥＬ１２４からの光が１×１２０の光パワースプリッタ１２１のスラブ領域１２５に直接発され、これによって、１２０の導波管に分割される出力の第１ステージにおいて配分され、明確さのために、最も外側の導波管１２６だけが示されている。各々の導波管に導かれる光は１×２光パワースプリッタ１２２に供給されて、分割の第２ステージにおいて、透過素子１２３に接続する導波管１２７に配分される。
【００４８】
長方形のタッチスクリーンの通常の場合においては、図１２に示す透過素子１２３は、タッチスクリーンの一方の側部に沿って配置され、例えば、Ｘ軸方向において、平行な光ビームの単一格子を生成する。第２のＶＣＳＥＬをもつ同様な光学導波管レイアウトは、タッチスクリーンの隣接する側部に沿って配置して、Ｙ軸方向において、平行な光ビームの第２の格子を生成することができる。或いは、導波管１２６を、スプリッタ１２１における出力分割の第１ステージの後で２つの群に分割して、各々の群がタッチスクリーンの隣接する側部に沿って配置されて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において光ビームの格子を生成するようにすることができる。
【００４９】
本発明は特定の実施例に関して説明されたが、当業者であれば、本発明は、多数の他の形態において具現できることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】単一モード導波管からスラブ領域に伝播するときのガウスビームの回折を示す。
【図２】既知の１×４多モード干渉（ＭＭＩ）スプリッタを示す。
【図３】ＪＰ６１３８３３５Ａ２に説明される等しい分割のための既知の単一モード１×Ｎスプリッタの概略図である。
【図４】導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサの発出端部における出力配分のための光パワースプリッタの使用を示す。
【図５】光パワー分割の第２ステージを用いる、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサの空間分解能に対する制限を克服するための機構を示す。
【図６】強度分布がウスではなく２つの突出部である、本発明の第３の態様による等しい出力分割のための光パワースプリッタの概略図である。
【図７ａ】実質的に一様な強度分布をスラブ領域に発するための、環状ビームとスラブ領域の端面との重なりを示す。
【図７ｂ】合計出力の使用可能部分が点線の間に示される実質的に一様な強度分布である。
【図８】本発明の第２の態様による導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサにおいて用いるための１×１２０光パワースプリッタの概略図である。
【図９】スラブ領域から出る３つの出力導波管を示す図８のスプリッタの一部の拡大図である。
【図１０】本発明の第１の態様による導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサにおいて用いるための１×１２０光パワースプリッタの概略図である。
【図１１】本発明の第１の態様による導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサの第２ステージの分割において用いるための１×２光パワースプリッタを示す。
【図１２】１×１２０光パワースプリッタ（第１ステージの分割）を１２０の１×２光パワースプリッタ（第２ステージの分割）と直列で組み込む導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサの透過側において用いるための光学導波管レイアウトの概略図である。
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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