(57)【要約】  クラッドを備える光学素子の作製に関係した実施の形態が開示される。１つの例示の実施の形態は、対向する第１の面及び第２の面を有するとともに第１の屈折率を有する材料を含むくさび形光導波路を形成することを含む。この実施の形態は、第１の面にクラッド層を施着すること、及びクラッド層に界面層を施着することを更に含む。この実施の形態では、クラッド層は、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有し、界面層は、第１の屈折率と整合する第３の屈折率を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を作製する方法（１００）であって、
対向する第１の面及び第２の面を有するとともに第１の屈折率を有する材料を含むくさび形光導波路を形成するステップ（１０２）と、
前記第１の面にクラッド層を施着するステップ（１１２）であって、該クラッド層は前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する、施着するステップと、
前記クラッド層に界面層を施着するステップ（１１４）であって、該界面層は前記第１の屈折率と整合する第３の屈折率を有する、施着するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の屈折率は１．４以上である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の屈折率は１．４以下である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光学素子は、中央波長を有する光の反射を減衰するように構成され、前記第１の面にクラッド層を施着するステップは、選択された中央波長の２分の１の奇数倍に対応する厚さのクラッド層を施着するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記クラッド層に界面層を施着するステップは、界面層を介して前記クラッド層に方向転換膜を施着するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記界面層を介して前記クラッド層に前記方向転換膜を施着するステップは、前記クラッド層及び前記方向転換膜の一方又は双方に接着剤を施着するステップを含み、該接着剤の屈折率は、硬化後、前記第１の屈折率と実質的に等しい請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記接着剤は、紫外線硬化性接着剤であり、前記方法は、少なくとも前記第１の面を紫外光で照射するステップであって、前記接着剤を硬化させる、照射するステップを更に含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記接着剤はポリアクリル酸接着剤である請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の面に前記クラッド層を施着するステップは、前記第１の面に蛾の目層を施着するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の面にクラッド層を施着するステップは、少なくとも前記第１の面に液体又はゲル状のクラッド配合物を施着するステップと、及び前記液体又はゲル状のクラッド配合物のうちの少なくとも一部が凝固することを可能にするステップとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記液体又はゲル状のクラッド配合物は、フルオロポリマー分散液、フルオロポリマー溶液、及びフルオロポリマー前駆物質の１つ又は複数を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体又はゲル状のクラッド配合物は１００パーセント固体配合物を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体又はゲル状のクラッド配合物は、紫外線硬化性成分を含み、前記方法は、少なくとも前記第１の面を紫外線放射で照射するステップであって、前記紫外線硬化性成分を硬化させる、照射するステップを更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の面に前記クラッド層を施着するステップは、前記第１の面に沿って該第１の面の上方一定の距離でドクターブレードを引くことによって、前記第１の面に前記液体又はゲル状のクラッド配合物を一定の厚さの層で施着するステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の面に前記クラッド層を施着するステップは、少なくとも前記第１の面に液体又はゲル状のクラッド配合物を噴霧するステップを含む請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラッドを有する光学素子の作製に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]コンピューターシステムは、出力として画像を提供するか又は入力として画像を受け取る１つ又は複数の光学系を含むことができる。例示の光学系には、ディスプレイ、カメラ、スキャナー、及び或る種のタッチ検知入力システムが含まれる。いくつかの光学系は、画像をタッチ検知表示面に伝達し、画像を検出器上に合焦し、又はそれらの双方を行う光導波路を含むことができる。光導波路は、くさび形の１つ又は複数の可視波長域及び／又は赤外波長域で透明なものとすることができ、少なくとも１対の対向する面を備えることができる。或る特定の波長域の光は、光導波路を通り、対向する面からの内部反射を介して横方向に伝播することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
多くの場合、光導波路の材料特性及び全体構成は、光学系によって提供される画像の強度及び忠実度に影響を与える場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0002]したがって、１つの実施の形態では、光学素子を作製する方法が提供される。この方法は、対向する第１の面及び第２の面を有するとともに第１の屈折率を有する材料を含むくさび形光導波路を形成することを含む。この方法は、第１の面にクラッド層を施着すること、及びクラッド層に界面層を施着することを更に含む。この実施形態では、クラッド層は、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有し、界面層は、第１の屈折率と整合する第３の屈折率を有する。
【０００５】
[0003]上記概要は、この後に続く発明を実施するための形態（詳細な説明）でさらに説明する概念のうちの選択したものを簡略化した形で紹介するために設けられていることが理解されよう。この概要は、請求項に記載の主題の重要な特徴も本質的な特徴も特定することを意図するものではなく、請求項に記載の主題の範囲は、発明を実施するための形態の後に続く特許請求の範囲によって画定される。また、請求項に記載の主題は、上記で言及した又はこの開示のいずれかの部分で言及するあらゆる不利な点を解決する実施態様に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0004]本開示による１つの実施形態における例示のコンピューターシステムの態様を示す図である。
【図２】[0005]本開示による１つの実施形態における光学系１４の態様を示す概略断面図である。
【図３】[0006]本開示による１つの実施形態における例示のくさび形光導波路の態様を示す図である。
【図４】本開示による１つの実施形態における例示のくさび形光導波路の態様を示す図である。
【図５】[0007]本開示による１つの実施形態における多層方向転換構造を示す図である。
【図６】[0008]本開示の１つの実施形態によるポリメタクリル酸メチル光導波路に施着されたダイクロイックコーティングの透過スペクトル及び反射スペクトルを示す図である。
【図７】[0009]本開示の１つの実施形態による、光が撮像光学素子と相互作用する光線図である。
【図８】本開示の１つの実施形態による、光が撮像光学素子と相互作用する光線図である。
【図９】本開示の１つの実施形態による、光が撮像光学素子と相互作用する光線図である。
【図１０】[0010]本開示による例示の実施形態における選択された界面の透過効率対入射角のグラフである。
【図１１】[0011]本開示による１つの実施形態における例示の入力デバイスの態様を示す図である。
【図１２】[0012]本開示による１つの実施形態における入力デバイスの光学系及び入力ゾーンの態様を示す概略断面図である。
【図１３】[0013]本開示による１つの実施形態における別の多層方向転換構造を示す図である。
【図１４】[0014]本開示の１つの実施形態による、光が表示光学素子と相互作用する光線図である。
【図１５】本開示の１つの実施形態による、光が表示光学素子と相互作用する光線図である。
【図１６】[0015]本開示による例示の実施形態における選択された界面の透過効率対入射角のグラフである。
【図１７】[0016]本開示の１つの実施形態による、光が表示光学素子と相互作用する光線図である。
【図１８】[0017]本開示による１つの実施形態における撮像光学素子又は表示光学素子を作製する例示の方法を示す図である。
【図１９】[0018]本開示による１つの実施形態における撮像光学素子又は表示光学素子を作製する例示の方法を示す図である。
【図２０】[0019]本開示の１つの実施形態によるくさび形光導波路にクラッドを施着することを可能にする例示の施着システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0020]次に、例として或る特定の図示した実施形態を参照して本開示の主題を説明する。２つ以上の実施形態において実質的に同様とすることができる構成要素は、同等のものとして識別され、最低限の繰り返しで説明される。しかしながら、本開示のさまざまな実施形態で同等のものとして識別される構成要素が少なくとも部分的に異なる場合があることに留意されたい。この開示に含まれる図面が概略図であることに更に留意されたい。図示した実施形態の図は、一般に同一縮尺では描かれておらず、いくつかの図面の縦横比は、選択された特徴又は関係をより見易くするために意図的に歪ませている場合がある。
【０００８】
[0021]図１は、１つの実施形態における例示のコンピューターシステム１０の態様を示している。このコンピューターシステムは、大型タッチ検知表示面１２を備える。光学系１４は、このタッチ検知表示面に下に位置し、コンピューターシステムの表示機能及び入力機能の双方を提供するように構成することができる。したがって、図１は、光学系に動作可能に結合されたコントローラー１６を示している。このコントローラーは、表示データを光学系に提供し、入力データを光学系から受け取るように構成された任意のデバイスとすることができる。実施形態によっては、コントローラーは、コンピューターの全部又は一部を含むこともできるし、有線又は無線の通信リンクを介してコンピューターに動作可能に結合された任意のデバイスとすることもできる。
【０００９】
[0022]表示機能を提供するために、光学系１４は、可視画像をタッチ検知表示面上に投影するように構成することができる。入力機能を提供するために、光学系は、タッチ検知表示面に置かれた物体、例えば、指、電子デバイス、紙カード、食品、又は飲料の少なくとも部分的な画像を取り込むように構成することができる。したがって、光学系は、このような物体を照明し、物体から反射された光を検出するように構成することができる。このように、光学系は、タッチ検知表示面上に置かれた任意の適切な物体の位置、フットプリント、及び他の特性を記録することができる。
【００１０】
[0023]図２は、１つの実施形態における光学系１４の態様を示す概略断面図である。光学系は、バックライト１８、撮像光学素子２０、光弁（ライトバルブ）２２、及び散光器（diffuser）２４を含む。これらのバックライト及び光弁は、コントローラー１６に動作可能に結合することができ、可視表示画像をタッチ検知表示面１２に提供するように構成することができる。
【００１１】
[0024]バックライト１８は、可視光を放射するように構成された任意の発光体とすることができる。バックライトからの光（例えば光線２６）は、撮像光学素子２０を通って投影され、光弁２２の多数の光ゲート素子によって色及び強度に関して変調を受ける。いくつかの実施形態では、光弁は液晶表示デバイスを含むことができるが、他の光変調デバイスも同様に用いることができる。このように、バックライト及び光弁はともに、表示画像を作り出すことができる。表示画像は、散光器２４を通って投影され、それによって、タッチ検知表示面１２に提供される。十分な表示画像強度を確保するために、撮像光学素子及び散光器は、それらに入射する可視光の実質的な部分を、少なくともタッチ検知表示面に対して垂直な方向に伝達するように構成することができる。表示画像は、通常、この方向から視認されることになる。
【００１２】
[0025]図２に示す実施形態では、撮像光学素子２０は、上面２８及び下面３０を有するくさび形光導波路２７を備える。図３は、１つの例示のくさび形光導波路をより詳細に示している。しかしながら、多数のくさび形光導波路の変形形態が考えられるので、図３の態様は、限定することを意図するものでないことが理解されよう。
【００１３】
[0026]次に図３を参照すると、くさび形光導波路の対向する上面及び下面は、いくつかの実施形態では、実質的に平面かつほぼ平行とすることができるが、１度以下のくさび角で互いにオフセットされている。１つの特定の実施形態では、くさび角は、例えば０．７２度とすることができる。本明細書で用いられるとき、「実質的に平面」の表面は、表面粗さ及び製造異常（manufacturing anomalies）が考慮されないときに平面（plane）に概して適合する表面である。例えば、１つの特定の実施形態では、実質的に平面の表面は、３ナノメートル（粗さ平均）以下の粗さを有することができる。くさび形光導波路は、水平面に関して、かつ／又はタッチ検知表示面１２に平行な任意の平面に関して対称に配向することができる。したがって、光導波路の上面又は下面とタッチ検知表示面に平行な任意の平面との間の交差部の角度は、くさび角の２分の１とすることができる。したがって、フレーズ「くさび形光導波路に対して垂直な」、「撮像光学素子に対して垂直な」、及び「対向面に対して垂直な」等は、本明細書では、タッチ検知表示面に対して実質的に垂直な配向を示すのに用いられる。
【００１４】
[0027]くさび形光導波路２７は、薄側側面３２と、及び該薄側側面の反対側にある厚側側面３４とを有する。図３に示す例では、くさび形光導波路は、球面のうち鋭角の中心角によって囲まれた切断部分を画定するように厚側側面にミリングされている。そのように画定された切断部分の曲率半径は、くさび形光導波路が設置されることになる光学系１４の詳細な構成に基づいて求めることができる。１つの特定の実施形態では、厚側側面は薄側側面の厚さの約２倍であり、厚側側面の曲率半径は、くさび形光導波路の長さの約２倍である。いくつかの実施形態では、くさび形光導波路の１つ又は複数の側（例えば、薄側側面３２又は厚側側面３４）はレンズとして機能することができ、曲率半径はレンズの焦点距離を規定する。
【００１５】
[0028]１つの非限定的な実施形態における厚側側面３４のより詳細な断面図が図４に示されている。この図面は、くさび形光導波路の厚側側面に沿って水平に走る実質的に平面のファセット３６の配列を示している。ファセットは、厚側側面の上縁及び下縁に一致するように延びる一連の水平な隆起部を画定する。ファセットは、厚側側面上に交互配置型反射器を形成するように反射性材料で被覆することができる。そのように形成された交互配置型反射器は、光導波路が設置されることになる光学系内でさまざまな機能、例えば、プロジェクターからの画像の誘導又は検出器への画像の誘導に役立つことができる。１つの非限定的な例では、２７個のファセットをくさび形光導波路の厚側側面に形成することができ、約８４０ミクロン離間されて厚側側面の上縁又は下縁から約８０ミクロン延びる一連の水平な隆起部が形成される。他の例では、くさび形光導波路の厚側側面は、他の任意の適切な形状又は輪郭を有することができる。本明細書で説明するようなくさび形光導波路に基づいて、撮像光学素子２０は、対向する第１の面及び第２の面の間で、少なくとも部分的にくさび形光導波路の境界からの全反射を介して光を横方向に伝達するように構成することができる。もちろん、本明細書及び図３で説明する構成の詳細は、例示の目的で提示されており、決して限定的であることを意図するものでないことが理解されよう。
【００１６】
[0029]次に図２を参照すると、光学系１４は、入力機能をコンピューターシステム１０に提供するように更に構成することができる。したがって、図示した光学系は検出器３８を含む。検出器は、カメラ、例えば赤外線検知デジタルカメラとすることができる。撮像光学素子２０は、タッチ検知表示面１２上に配置されているか又は該表示面１２に接触している１つ又は複数の物体からの光を検出器上に誘導するように構成することができる。そのような光の発生源は、以下で説明するように、さまざまな光源とすることができる。したがって、検出器は、１つ又は複数の物体の少なくとも部分的な画像を取り込むことができる。
【００１７】
[0030]図２は、タッチ検知表示面１２と接触している物体４０と、該物体から遠ざかって伝播していく光線４２とを示している。図示した光線は、光学系１４のさまざまな構成要素を通過して撮像光学素子２０内に入るものとして示されている。タッチ検知表示面からの光を検出器３８で撮像するために、撮像光学素子は、くさび形光導波路の反射性厚側端に向けて光を方向転換させ、方向転換された光を検出器に向かう途上で全反射を介して閉じ込めるように構成することができる。したがって、撮像光学素子の下面３０は、多層方向転換構造（multilayer turning structure）４４を備える。本開示は、多層方向転換構造の多数の変形形態を包含する。例えば、多層方向転換構造は反射性とすることができ、それによって、光は、くさび形光導波路２７の中を戻るように誘導される。
【００１８】
[0031]図５は、１つの実施形態の多層方向転換構造４４のより詳細な図を示している。多層方向転換構造は基層４６を含む。いくつかの実施形態では、基層は、例えばポリエチレンテトラフタレート（ＰＥＴ）の３００ミクロン厚の層とすることができる。他の実施形態では、基層は、任意の適切な厚さの他の任意の適切な材料を含むことができる。基層の上には、各プリズムの１つの面が基層に対して直交するとともに隣接した面が基層に対して斜めに配向されている規則的なプリズム構造を有するパターン層４８が配置されている。基層に対して斜めに配向されている隣接した面は、基層から１５度と４５度との間、例えば２８度に配向することができる。パターン層は、さまざまな他の適切な材料の中で、例えばアクリル共重合体を含むことができる。１つの実施形態では、基層４６及びパターン層４８は、市販の事前に製造された多層膜の形態で提供することができる。例えば、ミネソタ州セントポールの3M Corporationによって製造された画像誘導膜（ＩＤＦ：image-directing film）が、基層及びパターン層に用いることができる適切に構成された２層膜の一例である。パターン層の上には、反射性又は部分的に反射性のコーティングを配置することができる。図５に示す実施形態では、反射性又は部分的に反射性のコーティングは、ダイクロイックコーティング５０を含む。
【００１９】
[0032]ダイクロイックコーティング５０は、任意の適切な方法でパターン層４８に施着された複数の非常に薄い誘電体層を含むことができる。１つの実施形態では、ダイクロイックコーティングは、化学気相成長法により又は他の任意の適切な方法で、パターン層上へのさまざまな無機酸化物又は他の材料の蒸着又はスパッタリングを介して施着することができる。１つの実施形態では、薄い誘電体層は、高屈折率及び低屈折率を交互にした例えば６層〜８層の４分の１波長のコーティングとすることができる。
【００２０】
[0033]まとめると、基層４６、パターン層４８、及びダイクロイックコーティング５０は、１つの例示の実施形態において方向転換膜５２を構成する。いくつかの例では、方向転換膜の１つ又は複数の構成物質は、公称温度変動によって方向転換膜が変形もせず、くさび形光導波路から分離もしないように、くさび形光導波路の熱膨張係数と同様の熱膨張係数を有するものが選ばれる。以下で説明するように、方向転換膜は、別個に準備して、多層方向転換構造の残りの層に界面層を介して接合することができる。また、いくつかの実施形態では、界面層は接着剤の層を含むことができる。したがって、図５に示す実施形態では、接着剤層５４が方向転換膜上に配置されている。この接着剤層は、例えば、コネティカット州トリントンのDymax Corporationから販売されているＤｙｍａｘ３０９１又はＤｙｍａｘ３０９９等のポリアクリル酸接着剤及び／又は紫外線硬化性接着剤とすることができる。接着剤層は、方向転換膜をクラッド層５６に接合する働きをし、これについては、以下で更に詳細に説明される。この開示と完全に一致している他の実施形態では、プリズムパターン層を、カプセル材層に封入し、次いで、ペンシルバニア州グレンロックのAdhesives Research, IncのＰｒｏｄｕｃｔ８１５４等の転写接着剤を用いてくさび形光導波路に接合することができる。ダイクロイックコーティングをいくつかの方向転換膜に含めることができ、他のものでは省略できることが理解されよう。例えば、撮像光学素子又は表示光学素子が可視光を赤外光から分離するように構成されていないか、又は異なる方法で分離する実施形態では、ダイクロイックコーティングを省略することができる。ダイクロイックコーティングがない方向転換膜では、以下で更に説明するように、広帯域反射性コーティングを代わりに用いることができる。
【００２１】
[0034]引き続き図５を参照すると、クラッド層５６は薄層の材料を含む。いくつかの実施形態では、クラッド層は、以下で説明するように、くさび形光導波路２７上にコーティングとして施着することができる。クラッド層を構成する単数又は複数の材料は、或る特定の物理的特性を考慮して選ぶことができる。第１に、クラッド層は、以下で述べる少なくとも厚さの範囲が、撮像光学素子２０が透過させるように構成される光に対して実質的に非吸収性を有するとともに実質的に非散乱性を有することができる。第２に、クラッド層は、公称温度変動によって割れることもなく、くさび形光導波路から分離することもないように、膨張歪み及び圧縮歪みに対して実質的に弾性を有することができる。第３に、クラッド層は、くさび形光導波路を形成する材料よりも低い屈折率を有することができる。例えば、くさび形光導波路が１．４９２の屈折率を有する場合、クラッド層は１．１〜１．４の範囲の屈折率を有することができる。クラッド層に用いることができる材料の具体例には、シリコーンポリマー（ｎ〜１．３８）及びフルオロポリマー（ｎ〜１．３３）が含まれるが、これらに限定されるものではない。したがって、いくつかの特定の実施形態では、クラッド層は、例として、Ｔｅｆｌｏｎ  ＡＦ（デラウェア州ウィルミントンのEI DuPont de Nemours & Co.）、Ｃｙｔｏｐ（日本国東京のAsahi Corporation）、ＭＹ‐１３３（イスラエル国レホボートのMY Polymers Corporation）、又はＬＳ‐２３３（カリフォルニア州カーピンテリアのNusil Corporation）を含むことができる。他の実施形態では、クラッド層は、蛾の目（moth-eye）層、例えば、光学材料に一般的な屈折率を有する材料（例えばアクリル酸、ｎ〜１．４９２）の層を含むことができるが、空気を含む数々のサブ波長の特徴を組み込むことができる。その結果、層の実効屈折率はより低くなる。エアロゲル及び発泡体等の微細孔材料は、ランダムに配置されたエアポケットを含み、該エアポケットが、対象となる波長よりも実質的に小さいという条件で、同じ機能を果たすことができる。第４に、クラッド層は、界面層（この例では接着剤層５４）を形成する材料よりも低い屈折率を有することができる。したがって、いくつかの実施形態では、界面層の屈折率をくさび形光導波路の屈折率と整合させることができる。本明細書で用いられるとき、屈折率の相違が±２％以下である場合に、それらの屈折率は「整合」している。クラッド層とくさび形光導波路との相対屈折率によって、撮像光学素子は、くさび形光導波路の対向する第１の面と第２の面との間で、少なくとも部分的にクラッド層の境界（図示した実施形態では下面３０）からの全反射を介して光を横方向に伝達するように構成することができる。
【００２２】
[0035]多層方向転換構造４４は、バックライト１８から撮像光学素子を通過する光（例えば光線２６）との相互作用が最小限になるように構成される。ダイクロイックコーティング５０は可視光に対して実質的に透明であるとともに、バックライトから投影された光は多層方向転換構造のさまざまな界面をあまりにも小さな角度（境界に対して垂直に測定）で横切り全反射を受けることができないので、相互作用は回避される。図６は、ＩＤＦ膜のパターン化された側に施着されたダイクロイックコーティングの透過スペクトル及び反射スペクトルを示している。透過率／反射率のパーセンテージが縦軸にプロットされ、ナノメートルの単位による波長が横軸にプロットされている。透過スペクトル（破線の曲線）は、概ね４５０ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長域で比較的高い透過率を示している。また、図７の光線図は、適切に低い入射角で多層方向転換構造を横切る可視光（例えば光線２６）が該構造をまっすぐ通過することを示している。
【００２３】
[0036]これとは対照的に、多層方向転換構造４４は、タッチ検知表示面１２上に配置された１つ又は複数の物体からの赤外光（例えば光線４２）とかなり大きく相互作用する場合がある。赤外光との相互作用が強くなると、その結果、ダイクロイックコーティング５０は、図６の反射率スペクトル（破線の曲線）によって示すように、赤外光に対して実質的に反射性となる。
【００２４】
[0037]図８は、例えば光線４２が、通過するいずれの境界についてもスネルの法則の臨界角よりも小さな角度で撮像光学素子２０に入っていることを示している。その結果、光の実質的に全てがくさび形光導波路２７、クラッド層５６、及び接着剤層５４を通って屈折される。ダイクロイックコーティング５０は、赤外光に対して反射性を有するので、光線は、検出器３８に向かって方向転換される。したがって、図８は、クラッド層５６に入射する方向転換された光線５８を示している。
【００２５】
[0038]物体４０からのいずれの光をも検出器３８で撮像するためには、光は、１つ又は複数の界面を通る屈折を介して撮像光学素子２０に入らなければならない。しかしながら、各境界では、反射も起こる。したがって、図８は、方向転換された光線５８が屈折光線６０と反射光線６２とに分離していることを示している。屈折光線６０は、順方向光線６４と干渉光線６６とに更に分離されている。図８に示す実施形態では、接着剤層５４の屈折率とくさび形光導波路２７の屈折率とが同等であることは、干渉光線６６の強度が反射光線６２の強度とほぼ等しくなることをもたらすのに役立つことができる。また、これらの２つの光線を分ける位相角は、クラッド層５６の厚さと、方向転換された光線５８がクラッド層を横切る角度とによって決まる。Ｍを任意の奇数として、位相角がπＭである場合、これらの２つの光線は破壊的に干渉し、それによって、反射されたパワーは消去され、順方向のパワーが最大になる。本明細書で説明するように、クラッド層の厚さは、そのような位相角をもたらすように選ぶことができる。このように、撮像光学素子は、境界についてスネルの法則の臨界角よりも小さな角度（境界に対して垂直に測定された角度）でクラッド層の境界に入射する光の反射を減衰するように構成することができる。特に、中央波長（median wavelength）λを有する光を減衰するために、クラッド層の厚さｄは、クラッド層を通る光路が中央波長の約２分の１となるように、すなわち、
【００２６】
【数１】
2012528358.tif 000003
【００２７】
（式１）
となるように選択することができる。ここで、ｎ２はクラッド材の屈折率であり、θは界面法線に対する伝播角である。１つの例では、伝播角が７０度であり、波長が８５０ｎｍであり、クラッド層の屈折率が１．３３である場合、クラッド層の厚さは１．９μｍとすることができる。他の例では、クラッド層の厚さは、上記に定義した値ｄの任意の奇数倍、例えば３ｄ、５ｄ、７ｄとすることができる。式１は、くさび形光導波路とクラッド層との間の界面における全反射のためのスネルの法則の臨界角であるθｃ、すなわち
【００２８】
【数２】
2012528358.tif 000004
【００２９】
（式２）
よりも小さな任意の伝播角の範囲について有効である。ここで、ｎ１は、くさび形光導波路が作製される材料の屈折率である。しかしながら、適切なクラッド層の厚さを選択する目的で、式１のθの値はθｃに設定することができる。したがって、例示のクラッド層の厚さは、
【００３０】
【数３】
2012528358.tif 000005
【００３１】
（式３）
を含むことができる。ここで、Ｍは任意の奇数である。したがって、１つの非限定的な実施形態では、
【００３２】
【数４】
2012528358.tif 000006
【００３３】
（式４）
となる。これらの例では、厚さの許容範囲は、例えば±１０パーセント又は±５パーセントとすることができる。
【００３４】
[0039]順方向光線６４は、くさび形光導波路２７を通り抜けると、スネルの法則の臨界角よりも大きな角度で上面２８に到達し、反射されて下面３０に戻ることができる。図９に示すこの時点において、順方向光線は、次に、臨界角よりも大きな角度でクラッド層５６を横切り、検出器３８に向かって内部反射を受けることができる。多数の内部反射の後、物体４０からの光は撮像光学素子から出て、検出器によって撮像することができる。
【００３５】
[0040]図示した実施形態の利点のいくつかをより良く理解するには、クラッド層がくさび形光導波路２７に配置されていないがそれ以外で同様の構成を検討することが役立つ。例えば、くさび形光導波路と適切な方向転換構造との間に空隙を配置することができる。そのような構成によって、上述した基本的な機能を可能にすることができるが、少なくとも３つの相互に関係した問題を欠点として有する場合がある。第１に、光が方向転換構造からくさび形光導波路に入るときの反射に起因して、かなり大きな画像強度が失われる場合がある。そのような減衰によって、画像検出のための信号対雑音比が減少する場合がある。特に、方向転換構造からの光は、上述した破壊的に干渉する反射を受ける代わりに、光導波路の下側境界において、単一の強度奪取反射（intensity-stealing reflection）を受ける場合がある。その結果、かなり大きな順方向パワーが失われる場合があり、それによって、検出器に提供される画像の強度が低減される場合がある。第２に、順方向光線の減衰は、入射光の偏光状態の影響を受けやすい場合がある。この影響の結果、撮像されている物体の幾何学的特性及び材料特性に依存して、画像強度に望ましくない変動がもたらされる場合がある。第３に、反射光が、どういうわけか、異なる場所又は入射角で光導波路に再び入る場合、検出器は、所望の画像の上に重なるゴースト画像を記録する場合がある。
【００３６】
[0041]２つのより高い屈折率領域の間に挟まれた、制御された厚さのクラッド層５６を設けることによって、上記で特定された不備のそれぞれが対処される。この構造の特徴が提供する利点は、図１０を参照して更にはっきりと示される。図１０は、光導波路の境界を通る透過率の、入射角の関数としての２つのグラフを示している。上側のグラフ６８は、クラッドのない光導波路（ＰＭＭＡ、ｎ＝１．４９）のものであり、下側のグラフ７０は、Ｎｕｓｉｌ  ＬＳ２２３３の約３．５波長厚の層（ｎ＝１．３３）、及びクラッド層の上に配置されたアクリル酸接着剤の層（ｎ＝１．４９）を有する同じ光導波路クラッドのものである。透過率を、Ｓ偏光状態及びＰ偏光状態の５５０ｎｍ光を用いて精査した。これらのグラフから、挟まれたクラッド層が、反射率を低減することによって全体的な透過率を増加させ、クラッドのない光導波路の境界に対して透過率の偏光感度を更に低減することは明らかである。
【００３７】
[0042]上述したように、タッチ検知表示面上に配置された１つ又は複数の物体からの光の発生源は、さまざまな光源とすることができる。１つの実施形態では、光は、物体が放射する場合がある。一方、図２に示す実施形態では、光は、物体の拡散照明により提供され、反射されてタッチ検知表示面を通って戻る。したがって、図２は、赤外線放射器７２、例えば赤外線発光ダイオード、及び照明用光導波路７４を示している。図２に示す構成では、照明用光導波路は、１つ又は複数の物体をタッチ検知表示面の背後から照明するように構成されている。照明用光導波路は、１つ又は複数の入り口ゾーン７６から赤外光を入光させかつ出口ゾーン７８から赤外光のうちの少なくとも一部を投影するように構成された任意の光学素子とすることができる。照明用光学素子の入り口ゾーン及び出口ゾーンはそれぞれ、方向転換膜又は他の方向転換構造を備えることができる。赤外線放射器から光を入光させ、同時に所望の光方向転換機能を提供するために、入り口ゾーン及び出口ゾーンに関連付けられた方向転換構造を互いに異なって配向することができる。また、出口ゾーンは、マサチューセッツ州ウォーバーンのFusionOptixによって製造された製品ＡＤＦ−０５０５等の低角散光器膜（low-angle diffuser film）を備えることができる。この低角散光器膜は、表示面１２にグレージング角で入射する光を切り離す（couple out）ために含めることができ、したがって、この光は撮像光学素子２０によって撮像されない。より具体的には、ＬＥＤアレイからの光は、照明用光導波路内にＴＩＲによって閉じ込めることができ、低角散光器膜による弱い拡散によって、光線の角度は照明用光導波路内で分散される。各相互作用において、一部の光はＴＩＲ角を超えて漏出する。光は上部から半分漏出するとともに下部から半分脱出する場合があるが、上部から脱出する光のみが物体を照明するのに用いられる。
【００３８】
[0043]図２は、例えば入り口ゾーン７６を通って照明用光導波路７４に入る赤外光線８０が、入り口ゾーンの方向転換構造を介して方向転換され、照明用光導波路の境界において内部反射を受けていることを示している。この内部反射は、図示した光線がスネルの法則の臨界角よりも大きな角度で境界を横切る結果である。先に進むと、図示した光線は、出口ゾーン７８の方向転換構造と相互作用し、出口ゾーンから実質的に上向きに反射される。この時、図示した光線のうちの少なくとも一部は、全反射する代わりに照明用光導波路の境界を透過する。この理由は、図示した光線がこの時、臨界角よりも小さな角度で境界を横切るからである。
【００３９】
[0044]図２に示す実施形態では、照明用光導波路７４の出口ゾーン７８は、平面でありかつタッチ検知表示面１２に対して実質的に平行である。この構成では、出口ゾーンから投影された光は、散光器２４を通過し、タッチ検知表示面と接触した物体４０を照明することができる。しかしながら、多数の他の照明構成が可能であり、本開示と同様に一致していることが理解されよう。
【００４０】
[0045]図１１は、１つの実施形態における例示の入力デバイス８２の態様を示している。入力デバイスは、ユーザー入力が受け取られる入力ゾーン８４を含む。ユーザー入力は、入力ゾーンのタッチ検知エリア（例えば、仮想キーボード、マウスパッド、又は制御パッド）及び／又は機械式キーボードを介して受け取ることができる。入力ゾーンの背後に位置する光学系８６は、入力機能及び／又は入力ガイド機能を入力ゾーンに提供するように構成することができる。したがって、光学系は、１１１６において概略的に示すコントローラーに動作可能に結合される。図１１は、（例えば、入力デバイスが取り付けられている計算デバイスによって該入力デバイスが制御されるように）入力デバイスの外部のコントローラーを示しているが、コントローラーはこの開示と同様に一致した実施形態では入力デバイス内に統合できることが理解されよう。１つの実施形態では、タッチ検知表示面１２に関して上記で実質的に説明したように、光学系は、入力ゾーンの全部又は一部を照明し、入力ゾーンに置かれた物体から反射された光を検出するように構成することができる。しかしながら、他の実施形態では、入力ゾーンの入力機能は、例えば、容量性若しくは抵抗性のタッチスクリーン及び／又は機械式キースイッチを介して、光学系とは独立に使用可能にすることができる。
【００４１】
[0046]図１１に示す実施形態では、入力ゾーン８４は画像適合エリア８８を含む。画像適合エリアは、キーフェース、ダイヤル、スライドバーコントロール等の１つ又は複数の変化可能画像を、ユーザー入力をガイドする目的で表示することができるエリアである。したがって、光学系８６は、１つ又は複数の変化可能画像を画像適合エリアに表示し、それによって、入力ガイド機能を入力ゾーンに提供するように構成することができる。この開示と同様に一致する他の実施形態では、画像適合エリアは、入力ゾーンの複数の重なり合わない領域を占めることもできるし、入力ゾーン全体と同一の空間を占めることができる。
【００４２】
[0047]図１２は、１つの実施形態における光学系８６及び入力ゾーン８４の態様を示す概略断面図である。光学系は、側面設置型光源８９、表示光学素子１２２０、及び光弁１２２２を備える。入力ゾーンは、画像適合エリア８８内に配置された部分的に透明なキーフェース９０を含む。
【００４３】
[0048]前の実施形態と同様に、光弁は、任意の画像形成用光ゲートデバイス、例えば液晶表示デバイスとすることができる。側面設置型光源８９は、適切な幅の可視波長域にわたって適切な強度の発散光を提供するように構成された任意の発光体とすることができる。図１２に示す実施形態では、側面設置型光源からの光（例えば光線９１）は、表示光学素子１２２０を通って投影され、光弁１２２２の多数の光ゲート素子によって変調されて、変調画像を画像適合エリア８８、具体的にはキーフェース９０に提供する。
【００４４】
[0049]まとめると、側面設置型光源８９及び光弁１２２２は、１つの例示の実施形態では、画像作成サブシステムを構成する。この画像作成サブシステムは、光源（例えば側面設置型光源８９）からの光を用いて変化可能可視画像を作成し、変化可能可視画像をキーフェース９０又は画像適合エリア８８内の他の場所に提供するように適合することができる。したがって、画像作成サブシステムは、コントローラー１１１６に動作可能に結合することができる。また、可視画像をキーフェース９０又は画像適合エリア内の他の場所に表示することができるように、表示光学素子１２２０は、光源からの光を方向転換して投影するように構成することができる。図１２に示す実施形態では、表示光学素子１２２０は、可視光、光弁を通って画像適合エリア上に誘導するように構成される。
【００４５】
[0050]この開示と同様に一致した他の実施形態では、代わりに他の構成の画像作成サブシステムを用いることができる。例えば、完全に形成された画像が表示光学素子１２２０を通って画像適合エリア８８上に投影されるように、光弁を側面設置型光源内に組み込むことができる。更に他の例では、画像を、コントローラー１１１６に動作可能に結合されたレーザーを介して作成し、コヒーレントな画像変調光を表示光学素子内にラスター（raster）するように構成することができる。
【００４６】
[0051]図１２に示す実施形態では、入力機能は、例えば、容量性若しくは抵抗性のタッチスクリーン及び／又は機械式キースイッチを介して、光学系８６とは独立して提供されるものと仮定される。したがって、検出器も他の入力受付デバイスもこの図面には含まれていない。しかしながら、この開示と完全に一致したいくつかの実施形態では、光学系１４との関連で前に説明したように、光学系は、入力機能も提供するように更に構成することができる。
【００４７】
[0052]画像を画像適合エリア８８に提供するために、表示光学素子１２２０は、全反射を介して光を伝達し、光のうちの少なくとも一部を画像適合エリアに向かって方向転換するように構成することができる。したがって、表示光学素子は、上面１２２８及び下面１２３０を有するくさび形光導波路１２２７を備える。多層方向転換構造１２４４は下面に配置される。図示した実施形態では、くさび形光導波路は、上面及び下面に隣接すると共に反射性コーティング９２を支持する厚側側面と、上面及び下面に隣接すると共に厚側側面に対向する薄側側面とを更に含む。画像作成サブシステムは、この構成の表示光学素子に結合されると、くさび形光導波路の薄側側面内に画像を形成する光を投影するように適合することができる。
【００４８】
[0053]図１３は、多層方向転換構造１２４４のより詳細な図を提供している。１つの実施形態では、多層方向転換構造１２４４は、上述した多層方向転換構造４４と実質的に同じとすることができるが、多数の変形態様も更に考えられる。例えば、表示光学素子に対して垂直な光の透過が問題ではない実施形態では、前の実施形態のダイクロイックコーティング５０を広帯域反射性コーティングに置き換えることができる。したがって、図１３に示す実施形態は、広帯域反射性コーティング９３がパターン層１３４８の上に配置されていることを示している。１つの実施形態では、広帯域反射性コーティングは、アルミニウムの薄層とすることができる。別の実施形態では、広帯域反射性コーティングは、インコネルの副層の上に配置された銀の薄膜とすることができる。さまざまな他の反射性コーティングも同様に適している場合があるので、本明細書で提供される例は限定的であることを意図するものでないことが理解されよう。前の実施形態とは対照的に、多層方向転換構造１２４４は、可視領域及び赤外領域を含む幅広い波長域にわたって光と強く相互作用するように構成される。
【００４９】
[0054]図１4は、光線９１が、くさび形光導波路１２２７とクラッド層１３５６との間の境界のスネルの法則の臨界角よりも大きな角度で表示光学素子１２２０に入っていることを示している。この光線は全反射される。光線は、上面１２２８に到達すると、更に反射されて下面１２３０に戻る。この時、図１５に示すように、光線９１は、くさび形光導波路とクラッド層との間の境界を臨界角よりも小さな角度で横切り、屈折して光導波路の外部に出ることができる。次に、光線は、広帯域反射性コーティング９３に反射し、表示光学素子を通って上方に投影し、画像適合エリア８８、詳細にはキーフェース９０に画像を形成する。
【００５０】
[0055]側面設置型光源８９から反射されたいずれの光も画像適合エリア８８に到達するために、光は、屈折を介してくさび形光導波路１２２７から出ることができる。しかしながら、光線が横切る各境界では、反射も起こる。したがって、図１５は、光線９１が屈折光線１５６０と反射光線１５６２とに分離することを示している。屈折光線１５６０は、順方向光線１５６４と干渉光線１５６６とに更に分離する。図１５に示す実施形態では、接着剤層１３５４の屈折率とくさび形光導波路１２２７の屈折率とが同等であることは、干渉光線１５６６の強度が反射光線１５６２の強度とほぼ等しくなることをもたらすのに役立つことができる。また、これらの２つの光線を分ける位相角は、クラッド層１３５６の厚さと、光線９１がクラッド層を横切る角度とによって決まる。したがって、クラッド層の厚さは、前に説明したように、反射されるパワーを消去され、順方向のパワーを最大にするように選ぶことができる。
【００５１】
[0056]前の実施形態の場合と同様に、本実施形態の利点は、クラッド層がくさび形光導波路に配置されていないがそれ以外で同様の構成を参照すると最も良く理解される。そのような構成は、類似しているが光学的に逆の１組の問題を欠点として持つことになる。第１に、入射臨界角未満の残余の内部反射によって、かなりの量の光がくさび形光導波路内に残り、それによって、出て行く順方向光線から強度が奪われる。その結果、画像適合エリア８８に投影される画像の強度が減衰することになる。第２に、この減衰は、入射光の偏光状態の影響を受けやすく、その結果、画像強度の変動は光学系の幾何学的特性及び材料特性に依存する。第３に、上述した残余の内部反射によって、光導波路内に残っている光は、出て行く前に余分なバウンス（bounce：跳ね返り）を受け、それによって、所望の画像の上に重なるゴースト画像が形成される。
【００５２】
[0057]表示光学素子１２２０上にクラッド層１３５６を設けることによって、図示した実施形態は、上記で特定した不備のそれぞれに対処する。
【００５３】
[0058]図１０に示すように、クラッドのある光導波路及びクラッドのない光導波路の双方は、臨界角を超えて光導波路の境界に入射する光の全反射を示し、臨界角未満で境界に入射する少なくとも一部の光を屈折する。しかしながら、薄層コーティングを有する光導波路の場合、臨界角は波長に依存する場合がある。伝播する光、例えばＩＲ‐ＬＥＤからの光が狭い波長帯域に閉じ込められる場合には、この問題は大きな問題をもたらす可能性はない。しかしながら、光導波路が広帯域光を撮像するのに用いられる用途では、波長が臨界角に依存することによって、色歪みの画像及び重なり合った疑似色の投影画像を含むさまざまな不要な効果がもたらされる場合がある。幸いなことに、本明細書で開示したようなクラッド層は、図１６の透過スペクトルに示すように、波長の影響を適切に受けにくいことが分かる。図１６には、可視の波長について、透過効率が縦軸にプロットされ、入射角が横軸にプロットされている。
【００５４】
[0059]他の実施形態では、上述したような薄層クラッド手法を更に一歩進めることができる。対向する上面及び下面を有するくさび形光導波路を備える表示光学素子では、上述したように、クラッド層を下面に配置することができ、加えて上面にも配置することができる。次に、この実施形態の潜在的な利点を、図１７の光線図を参照して説明する。
【００５５】
[0060]図１７に示す表示光学素子の層状構造は、図１４及び図１５に示すものと同様であるが、上面クラッド層９４及びキャップ層（キャッピング層、capping layer）９５を更に含む。上面クラッド層の適切な組成及び厚さは、上述したクラッド層５６の組成及び厚さと実質的に同じとすることができる。一方、上面クラッド層は、現在説明している実施形態のクラッド層１７５６の屈折率よりも低い屈折率を有するように選ぶことができる。キャップ層は、くさび形光導波路１７２７の屈折率と整合した屈折率を有する任意の適切な透明材料を含むことができる。
【００５６】
[0061]図１７は、光線９１が、くさび形光導波路１７２７とクラッド層１７５６との間の境界を、境界の臨界角よりも小さな角度で横切っていることを示している。したがって、光のほとんどは屈折されて光導波路の外部に出て、外部では、光は、広帯域反射性コーティング１７９３に反射し、表示光学素子を通って上方に投影して画像を形成する。
【００５７】
[0062]上記で示したように、光線が横切る各境界では、反射も起こる。したがって、図１７は、光線９１が屈折光線１７６０と反射光線１７６２とに分離しているところを示している。屈折光線１７６０は、順方向光線１７６４と干渉光線１７６６とに更に分離する。図１７に示す実施形態では、接着剤層１７５４の屈折率とくさび形光導波路１７２７の屈折率とが同等であることは、干渉光線１５６６の強度が反射光線１５６２の強度とほぼ等しくなることをもたらす。また、２つの光線を分ける位相角は、クラッド層１７５６の厚さと、光線９１がクラッド層を横切る角度とによって決まる。したがって、クラッド層の厚さは、上記で説明したように、反射されるパワーを減衰し、それに対応して順方向のパワーを増加させるように選ぶことができる。
【００５８】
[0063]上記で更に示したように、反射光線１７６２と干渉光線１７６６との間の破壊的干渉は、反射光線のパワーを順方向光線の小部分（例えば１０％）に低減することができるが、このレベルの反射は、いくつかの選ばれた用途には依然として問題のある場合がある。したがって、図１７は、くさび形光導波路１７２７と上面クラッド層９４との間の境界に入射する反射光線１７６２を示している。反射光線は、この時、戻り光線９６と屈折光線９７とに分離することができる。屈折光線９７は、漏出光線９８と干渉光線９９とに更に分離する。キャップ層９５の屈折率とくさび形光導波路１７２７の屈折率とが同等であることは、戻り干渉光線９７の強度が干渉戻り光線９９の強度とほぼ等しいことをもたらすのに役立つことができる。また、２つの光線を分ける位相角は、上面クラッド層９４の厚さと、光線９１が上面クラッド層を横切る角度とによって決まる。したがって、上面クラッド層の厚さは、上記で説明したように、戻りパワーを消去し、漏出パワーを最大にするように選ぶことができる。したがって、この実施形態は、１段ではなく２段の破壊的干渉を提供し、その効果は、表示光学素子を通って投影されるゴースト画像の強度も更に低減することである。
【００５９】
[0064]図１８は、１つの実施形態における撮像光学素子又は表示光学素子を作製する例示の方法１００を示している。この方法は１０２から開始し、１０２において、対向する上面及び下面を有するくさび形光導波路が形成される。くさび形光導波路は、任意の適切な方法で形成することができる。くさび形光導波路を形成する１つの例示の方法１０４を図１９に示す。
【００６０】
[0065]方法１０４は１０６から開始し、１０６において、溶融した熱可塑性ポリマー又は他の熱可塑性材料が、四辺形の断面又は他の適切な断面を有する押出ダイを通って押し出される。熱可塑性ポリマーは、例えば、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、及び／又はポリカーボネートを含むことができる。熱可塑性材料は、１つ又は複数の可視波長域、紫外波長域、及び／又は赤外波長域における透明度を得るために選択することができる。光導波路が専ら光学画像の表示及び／又は収集に用いられることになる実施形態では、可視域にわたる透明度で十分とすることができる。一方、他の実施形態では、熱可塑性ポリマーは、さまざまな赤外線域及び／又は紫外線域における透明度も同様に得るために選択することができる。また、熱可塑性材料はその屈折率を考慮して選ぶことができる。いくつかの実施形態では、熱可塑性材料は、固体の形態で１．４よりも大きな屈折率を有することができる。
【００６１】
[0066]溶融した熱可塑性ポリマーを、四辺形の断面を有するダイを通して押し出すことにより、１対の対向面及び四辺形の断面を有する実質的にくさび形の押出成形品が得られる。他の実施形態では、ダイは異なった形状とすることができ、それによって、異なった形状の押出成形品が提供される。例えば、押出ダイは、形状が長方形とすることができ、シート状（すなわち、長方形プリズム）の押出成形品を生じさせることができる。
【００６２】
[0067]図１９の参照を続けると、方法１０４は１０８に進み、１０８において、冷却された押出成形品が１つ又は複数の一定の寸法に切断される。一定の寸法には、一定の幅が含まれるが、これに限定されるものではない。押出成形品は、のこぎり又はミルカッター（mill）を用いることによって切断することができる。押出成形品が切断される寸法は、光導波路が設置されることになる表示デバイスの寸法に基づいて選ぶことができる。
【００６３】
[0068]方法１０４は１１０に進み、１１０において、切断された押出成形品は、更なる処理のために適切な形状及び適切な寸法に精密加工される。いくつかの実施形態では、適切な形状は、所望の光導波路の最終形状と同様とすることができ、適切な寸法は、所望の最終寸法と同じか又はそれよりも僅かに大きくすることができる。押出成形品の精密加工は、例として、機械加工、切断、ミリング、エッチング、及び／又はポリッシングを含むことができる。エッチングは、ウェット若しくはドライの機械エッチング（例えば、研磨又はやすり仕上げ）及び／又は化学エッチングを含むことができる。いずれのエッチングプロセスも、表面の特徴等を取り入れるために、制御可能な方法でエッチングの深さを変えるようにマスク（例えばフォトマスク）の助けを借りて行うことができる。
【００６４】
[0069]１１０において押出成形品を精密加工することは、押出成形品の断面を変更することも含むことができる。したがって、いくつかの実施形態では、プロセスステップ１０６の結果、押出成形品が所望のくさび形を有する場合もある一方、他の実施形態では、押出成形品が精密加工の前の長方形のシート状形状を有し、１１０において、所望のくさび形を有するように精密加工される場合もある。
【００６５】
[0070]くさび形光導波路が高い忠実度でかつ過度の損失なく画像を伝達させるために、対向面は、平坦かつ平滑になるように構成することができる。いくつかの実施形態では、上述した方法は、十分な平滑性を有する表面を与えることができる。一方、他の実施形態では、１１０における精密加工は、所望の平面性及び平滑性が達成されるまで、くさび形光導波路の寸法を精細に調整することを更に含むことができる。寸法は、上述したように機械エッチング又はポリッシングを介して、圧縮成形を介して又は他の任意の適切な方法で精細に調整することができる。
【００６６】
[0071]次に、図１８に戻ると、方法１００は１１２に進み、１１２において、薄いクラッド層が、くさび形光導波路の少なくとも第１の面に施着される。この方法に従って施着された薄いクラッド層は、上記で説明した実施形態のクラッド層５６、１３５６、及び／又は１７５６について説明したのと実質的に同じ特性を有することができる。しかしながら、この方法に従って施着されたクラッド層は、少なくとも部分的に異なることもできることが理解されよう。したがって、クラッド層は、くさび形光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有することができる。屈折率は、例えば１．４未満とすることができる。また、クラッド層の厚さは、式１及び式１に続く説明を参照して上述したように撮像及び／又は表示される光の波長域に基づいて選択することもできる。
【００６７】
[0072]いくつかの実施形態では、くさび形光導波路の少なくとも第１の面にクラッド層を施着することは、液体又はゲル状のクラッド配合物（cladding formulation）を少なくとも第１の面に施着すること、及び液体又はゲル状のクラッド配合物のうちの少なくとも一部が凝固することを可能にすることを含むことができる。液体又はゲル状のクラッド配合物は、硬化後にくさび形光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有するように選ぶことができる。例えば、液体又はゲル状のクラッド配合物は、フルオロポリマー分散液又はプレポリマー化フルオロポリマー前駆物質を含むことができる。液体又はゲル状のクラッド配合物のうちの少なくとも一部が凝固することを可能にすることは、以下で更に説明するように、硬化プロセスを熱的又は光化学的に促進することを含むことができる。フルオロポリマー前駆物質等のポリマー前駆物質がクラッド配合物に含まれる実施形態では、凝固は、重合プロセス又はオリゴマー化プロセスを含むことができる。
【００６８】
[0073]いくつかの実施形態では、液体又はゲル状のクラッド配合物は、１００パーセント固体の配合物を含むことができる。他の実施形態では、配合物は、溶剤、又はクラッド材若しくは前駆体の分散に役立つ他の媒体を含むことができる。
【００６９】
[0074]これらの実施形態及び他の実施形態では、液体又はゲル状のクラッド配合物は、紫外線硬化性成分を含むことができる。したがって、方法１００は、くさび形光導波路の少なくとも第１の面を紫外線放射で照射して紫外線硬化性成分を硬化させることを更に含むことができる。
【００７０】
[0075]用いる特定の液体又はゲル状のクラッド配合物に依存して、さまざまな異なる施着モードを用いることができる。１つの実施形態では、配合物をくさび形光導波路の少なくとも第１の面にエアロゾルの形態で噴霧することができる。この手法の１つの変形形態では、噴霧プロセス中に液体又はゲル状のクラッド配合物を超音波で分散させることができる。
【００７１】
[0076]別の実施形態では、液体又はゲル状のクラッド配合物を施着することは、くさび形光導波路を液体のクラッド配合物に少なくとも部分的に浸漬すること、及び、いくつかの変形形態では、液体のクラッド配合物の表面に対して斜めの角度で液体のクラッド配合物からくさび形光導波路を取り出すことを含むことができる。図２０は、浸漬を介してクラッドをくさび形光導波路２７に施着し、それに続いて、液体のクラッド配合物１１５から引き出すことを可能にする例示の施着システム１１３を示している。１つの実施形態では、図面に示す施着システムを、適切な溶剤に溶かしたＭＹ‐１３３ＭＣ（MY Polymersの製品）の２．５パーセント溶液を含む液体のクラッド配合物と共に用いることができる。適切な溶剤には、例えば、パラクロロベンゾトリフルオリド（ＰＣＢＴＦ）、ＨＦＥ‐７１００（ミネソタ州セントポールの3M Corporationの製品）、及びＯｘｏｌ‐１００（テキサス州ヒューストンのHalliburton Corporationの製品）が含まれる。
【００７２】
[0077]クラッド配合物内への浸漬の後、制御された速度の電動リフトを用いて、くさび形光導波路を、液体のクラッド配合物の表面に対して斜めの角度、例えば３０度で取り出すことができる。この実施形態では、クラッド層の硬化は、取出しプロセス後、又は少なくとも一部は取出しプロセス中に起こり得る。いくつかの実施形態では、浸漬、取出し、及び硬化は、それぞれ１回実施され、所望の厚さのクラッド層が提供される。他の実施形態では、浸漬及び硬化を繰り返し用いて所望の厚さを達成することができる。
【００７３】
[0078]更に別の実施形態では、液体又はゲル状のクラッド配合物を施着することは、第１の面に沿って第１の面の上方一定距離でドクターブレードを引くことによって、くさび形光導波路の第１の面に一定の厚さの層の配合物を施着することを含むことができる
[0079]次に、方法１００は１１４に進み、１１４において、方向転換膜が界面層を介してクラッド層に付着される。方向転換膜は、上記で説明したように、広帯域反射性コーティング又はダイクロイック反射性コーティングが施着されたプリズムパターン膜を含むことができる。界面層を介して方向転換膜を施着することは、接着剤層をクラッド層及び方向転換膜の一方又は双方に施着することを含むことができる。接着剤は、硬化した接着剤層（すなわち界面層）の屈折率がくさび形光導波路の屈折率と整合するように選ぶことができる。次に、方向転換膜をクラッド層に対して圧縮することができる。いくつかの実施形態では、接着剤は、熱硬化性樹脂、例えばエポキシ／アミン樹脂とすることができる。他の実施形態では、接着剤は、空気硬化性又は湿気硬化性とすることができる。更に他の実施形態では、接着剤は紫外線硬化性とすることができる。接着剤は、例えば紫外線硬化性アクリル酸樹脂を含むことができる。したがって、方法１００は、光学素子の少なくとも第１の面を紫外光で照射して接着剤層を硬化させることを更に含むことができる。
【００７４】
[0080]次に、方法１００は１１６に進み、１１６において、あらゆる不要なクラッド層がくさび形光導波路から除去される。不要なクラッド層は、化学エッチング又は機械エッチングによって除去することができ、例えば、粘着性膜をクラッド層に付着させ、次いでそれを引き剥がすことにより、又は他の任意の適切な方法で除去することができる。
【００７５】
[0081]本明細書で説明及び／又は図示したプロセスステップのいくつかを、いくつかの実施形態では、この開示の範囲から逸脱することなく省略できることが理解されよう。さらに、示したプロセスステップのシーケンスは、意図した結果を達成するのに常に必要とされるとは限らない場合があり、図解及び説明を容易にするために提供されている。図示した動作、機能、又は操作の１つ又は複数は、用いられる特定のストラテジーに依存して繰り返し行うことができる。
【００７６】
[0082]最後に、本明細書で説明したシステム及び方法は、多数の変形形態が考えられるので、本質的に例示であり、これらの特定の実施形態又は例を限定的な意味で考えるべきでないことが理解されよう。したがって、本開示は、本明細書で開示したさまざまなシステム及び方法の全ての新規かつ非自明なコンビネーション及びサブコンビネーション、並びにそれらのありとあらゆる均等物を含む。
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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