(57)【要約】  光タッチセンサ式装置は、複数の同時タッチイベントの位置を判断することが可能である。光タッチセンサ式装置は、光導波路、エミッタ、およびエミッタカプラを含み得る。エミッタは光ビームを生成し、エミッタカプラは導波路の表面上にあり、光ビームの少なくともいくつかを、結合光ビームとして全反射（ＴＩＲ）を介して導波路を通って伝播するように方向付けるように構成される。導波路の上面へのタッチは、結合光ビームを妨害し、タッチセンサ式装置は、妨害に基づいてタッチイベントを判断する。【選択図】図７Ａ
2020537265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光タッチセンサ式装置であって、
前記装置の表面に広がる光導波路であって、前記導波路は上面および底面を有する、光導波路と、
前記導波路に結合され、光ビームを生成するように構成されるエミッタと、
前記導波路の表面上にあり、前記光ビームの少なくともいくつかを、結合光ビームとして全反射（ＴＩＲ）を介して前記導波路を通って伝播するように方向付けるように構成されるエミッタカプラであって、前記導波路の上面へのタッチは前記結合光ビームを妨害し、前記タッチセンサ式装置は前記妨害に基づいてタッチイベントを判断する、エミッタカプラと、
を含む、光タッチセンサ式装置。
【請求項２】
前記導波路に結合された検出器と、
前記導波路の表面上にあり、前記導波路から前記検出器へ向けて前記結合光ビームの少なくともいくつかの方向を変えるように構成される検出器カプラと、
をさらに含む、請求項１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３】
前記エミッタは光源のアレイであり、前記検出器はセンサ要素のアレイである、請求項２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項４】
前記エミッタカプラは、前記導波路の上面または底面に対して初期仰角で前記結合光ビームの方向を変え、前記検出器カプラは、前記導波路の上面または底面に対して変更された仰角で前記結合光ビームの少なくともいくつかを受信する、請求項２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項５】
前記結合光ビームの方向を変えるように構成される、前記導波路の表面上のリフレクタ
をさらに含む、請求項１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項６】
前記リフレクタは、前記導波路の上面上にある、請求項５に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項７】
前記リフレクタは、前記導波路の底面上にある、請求項５に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項８】
前記リフレクタは、前記導波路の側面上にあるか、または前記導波路の側面に隣接する、請求項５に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項９】
前記結合光ビームは、前記導波路の上面または前記底面の平面に対して仰角で伝播し、前記リフレクタは、前記結合光ビームの仰角を増加または減少させる、請求項５に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項１０】
前記導波路は、接着剤層によってガラスまたはポリマー層の上面に取り付けられたポリマー膜を含む、請求項１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項１１】
前記エミッタカプラは、前記導波路の上面上にあり、前記結合光ビームは、前記ポリマー膜を通してのみ伝播する、請求項１０に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項１２】
前記エミッタカプラは、前記導波路の上面に取り付けられた薄膜の一部分である、請求項１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項１３】
前記薄膜は、保護トップコート、装飾層、金属化層、および硬化エンボス加工ポリマーを含み、前記硬化エンボス加工ポリマーは、前記導波路の上面に取り付けられる、請求項１２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項１４】
前記薄膜は、保護トップコート、装飾層、エアギャップ層、および硬化エンボス加工ポリマーを含み、前記硬化エンボス加工ポリマーは、前記導波路の上面に取り付けられる、請求項１２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項１５】
前記エミッタカプラは、前記導波路の底面に取り付けられた薄膜の一部分である、請求項１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項１６】
前記エミッタカプラは、前記導波路の一部分に組み込まれる、請求項１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項１７】
前記エミッタカプラの高さは１ミリメートル以下である、請求項１６に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項１８】
前記エミッタカプラは薄膜の一部分であり、前記薄膜の厚さは５００マイクロメートル以下である、請求項１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項１９】
前記エミッタカプラは、第１のフットプリントを有する前記結合光ビームの第１のサブセットおよび第２のフットプリントを有する前記結合光ビームの第２のサブセットの方向を変えるようにさらに構成される、請求項１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項２０】
前記エミッタは、前記導波路の上面または底面の垂線に対してある角度で傾いている、請求項１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項２１】
前記エミッタカプラは複数の反射構造体を含み、前記構造体は、前記結合光ビームが、前記導波路の上面へのタッチによって妨害されない場合、前記結合光ビームがＴＩＲを介して前記導波路を通って伝播する仰角を有するように方向を変える、請求項１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項２２】
光タッチセンサ式装置であって、
表面、対向面、および側面を有する光導波路と、
光ビームを放射する１つ以上のエミッタであって、放射された光ビームは全反射（ＴＩＲ）を介して前記導波路中を伝播し、前記導波路の表面へのタッチは前記光ビームを妨害し、前記タッチセンサ式装置は前記妨害に基づいてタッチイベントを判断し、前記光ビームは前記導波路の表面の平面に対して仰角で伝播する、１つ以上のエミッタと、
前記導波路の表面上の光リフレクタであって、前記光リフレクタは前記導波路中を伝播する光ビームの方向を変え、入射光ビームは初期仰角で前記導波路を通って伝播し、方向を変えられた光ビームは変更された仰角で前記導波路を通って伝播し、前記光リフレクタは複数の反射性構造体を含み、前記反射性構造体のうち第１のものは、
方向を変えられた光ビームとして変更された仰角で、前記初期仰角で入射する光ビームの方向を変えるように配向される第１の表面と、
前記反射構造体のうち第２のものへ向けて中間仰角で前記方向を変えられた光ビームの一部分の方向を変えるように配向される第２の表面と、
を含む、光リフレクタと、
を含む、光タッチセンサ式装置。
【請求項２３】
前記中間仰角は、前記初期仰角の負数に実質的に等しい、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項２４】
前記第２の反射構造体へ向けて前記中間仰角で伝播するビームは、前記第２の反射構造体の第１の表面から前記変更された仰角で方向を変える、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項２５】
前記反射性構造体の少なくとも１つは金属化されている、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項２６】
前記光リフレクタは、組み込まれた、前記導波路の一部分である、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項２７】
前記光リフレクタは、組み込まれた、前記導波路の表面に取り付けられた薄膜の一部分である、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項２８】
前記膜の厚さは５００マイクロメートル以下である、請求項２７に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項２９】
前記光リフレクタの高さは５００マイクロメートル以下である、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３０】
前記変更された仰角は、前記初期仰角に実質的に等しい、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３１】
前記変更された仰角は、前記初期仰角より小さい、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３２】
前記変更された仰角で伝播するビームは、前記初期仰角で伝播するビームよりタッチに対する感度が低い、請求項３１に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３３】
前記変更された仰角は、前記初期仰角より大きい、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３４】
前記変更された仰角で伝播するビームは、前記初期仰角で伝播するビームよりタッチに対する感度が高い、請求項３３に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３５】
前記導波路は少なくとも２つの層を含み、前記層は異なる屈折率を有する、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３６】
前記初期仰角で伝播する光ビームは両方の層を通って伝播し、前記変更された仰角で伝播する光ビームは一方の層のみを通って伝播する、請求項３５に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３７】
前記変更された仰角で伝播する光ビームは両方の層を通って伝播し、前記初期仰角で伝播する光ビームは一方の層のみを通って伝播する、請求項３５に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３８】
前記光リフレクタは、別の光リフレクタへ向けて前記光ビームの一部分の方向を変える、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項３９】
前記光リフレクタは、前記導波路中を伝播する光ビームを受信する１つ以上の検出器または検出器カプラへ向けて前記光ビームの一部分の方向を変える、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項４０】
前記光リフレクタは、前記光ビームのビームフットプリントを変化させる、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項４１】
前記リフレクタは、前記導波路の表面の周縁部に設置される、請求項２２に記載の光タッチセンサ式装置。
【請求項４２】
光タッチセンサ式装置であって、
前記装置の表面に広がる光導波路であって、前記導波路はアクティブエリアおよび周縁部を有する、光導波路と、
前記導波路に結合され、集中光ビームを生成するように構成されるエミッタアレイと、
前記導波路に結合され、集中光ビームを受信するように構成される検出器アレイと、
前記導波路の周縁部上のエミッタカプラであって、前記エミッタカプラは、所定のパターンに従って前記導波路のアクティブエリアの全域で前記エミッタアレイからの集中光ビームを分配するように構成される光学構造を含み、前記アクティブエリアへのタッチは前記光ビームを妨害し、前記タッチセンサ式装置は前記妨害に基づいてタッチイベントを判断する、エミッタカプラと、
前記導波路の周縁部上の検出器カプラであって、前記検出器カプラは、少なくともいくつかの光ビームを受信し、前記受信した光ビームを前記検出器アレイへ向けて集中させるように構成される光学構造を含む、検出器カプラと、
前記周縁部上の１つ以上のリフレクタであって、前記リフレクタは、前記アクティブエリアの全域で光ビームを前記検出器カプラへ向けて反射するように構成される光学構造を含む、リフレクタと、
を含む、光タッチセンサ式装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月１０日に出願された「Ｔｈｉｎ  Ｃｏｕｐｌｅｒｓ  ａｎｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ」と題された米国仮特許出願第６２／５７０，５５８号に対する優先権を主張し、その主題は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本開示は、光カプラ、具体的には、タッチセンサ式装置の光カプラに関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
コンピューティング装置とやりとりするためのタッチセンサ式装置（例えば、タッチセンサ式ディスプレイ）がますます普及している。タッチセンサ式装置を実装するためのいくつかの異なる技術が存在する。これらの技術の例としては、例えば、抵抗膜方式タッチスクリーン、表面弾性波タッチスクリーン、静電容量方式タッチスクリーンおよびあるタイプの光タッチスクリーンが挙げられる。
【０００４】
しかしながら、これらのアプローチの多くは、現在のところ、欠点に悩まされている。例えば、いくつかの技術は、多くのモデム携帯電話で使用されるような、小さいサイズのディスプレイに対してうまく機能し得るが、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、インタラクティブホワイトボードなどで使用されるディスプレイにおけるような、より大きいサイズの画面に対してはうまくスケーリングしない。特殊加工された表面または表面での特別な要素の使用を必要とする技術に対して、Ｎの線形要素による画面サイズの増大は、Ｎ２大きい画面の領域を扱うために特殊加工がスケーリングされる必要があること、またはＮ２倍多くの特別な要素が必要とされることを意味する。これは、容認し難いほどの低収率または非常に高いコストという結果になり得る。
【０００５】
いくつかの技術に対する別の欠点は、マルチタッチイベントの処理におけるそれらの不能性または困難さである。マルチタッチイベントは、複数のタッチイベントが同時に生じる場合に生じる。これは、生の検出された信号に曖昧さを取り込み得、それはその後解決される必要がある。そのような曖昧さが迅速かつ計算効率の良い方法で解決されない場合、技術の実装は非実用的または実行不可能になる。遅すぎる場合、技術は、システムに要求されるタッチサンプリングレートを供給できないであろう。計算負荷が重すぎる場合、これは技術のコストおよび電力消費をつり上げるであろう。
【０００６】
光タッチスクリーンの１つのタイプは、エミッタからの光を導波路に結合することを伴うが、既存の技術は、かなりの製造コストを示す。したがって、改良されたタッチセンサ式システムに対するニーズが存在する。
【発明の概要】
【０００７】
いくつかの実施形態は、光導波路、エミッタ、およびエミッタカプラを含む光タッチセンサ式装置に関する。光導波路は、装置の表面に広がり、上面および底面を有する。エミッタは、導波路に光学的に結合され、光ビームを生成するように構成される。エミッタカプラは、導波路の表面上にあり、光ビームの少なくともいくつかを、結合光ビームとして全反射（ＴＩＲ）を介して導波路を通って伝播するように方向付けるように構成される。導波路の上面へのタッチは結合光ビームを妨害し、タッチセンサ式装置は妨害に基づいてタッチイベントを判断する。いくつかの実施形態では、光タッチセンサ式装置は、導波路に光学的に結合された検出器、および検出器カプラを含む。検出器カプラは、導波路の表面上にあり、導波路から検出器へ向けて結合光ビームの少なくともいくつかの方向を変えるように構成される。
【０００８】
いくつかの実施形態は、光導波路、１つ以上のエミッタ、および光リフレクタを含む光タッチセンサ式装置に関する。光導波路は、表面、対向面、および側面を有する。１つ以上のエミッタは、光ビームを放射し、放射された光ビームは全反射（ＴＩＲ）を介して導波路中を伝播する。導波路の表面へのタッチは光ビームを妨害し、タッチセンサ式装置は妨害に基づいてタッチイベントを判断する。光ビームは、導波路の表面の平面に対して仰角で伝播する。光リフレクタは、導波路の表面上にある。光リフレクタは、導波路中を伝播する光ビームを反射し、入射光ビームは初期仰角で導波路を通って伝播し、反射された光ビームは変更された仰角で導波路を通って伝播する。光リフレクタは複数の反射性構造体を含み、反射性構造体のうち第１のものは、第１の表面および第２の表面を含む。第１の表面は、反射された光ビームとして変更された仰角で、初期仰角で入射する光ビームを反射するように配向される。第２の表面は、反射構造体のうち第２のものへ向けて中間仰角で反射された光ビームの一部分を反射するように配向される。いくつかの実施形態では、中間仰角は、初期仰角の負数に実質的に等しい。いくつかの実施形態では、第２の反射構造体へ向けて中間仰角で伝播するビームは、第２の反射構造体の第１の表面から変更された仰角で方向を変える。追加でまたは代わりに、平面リフレクタが、ビームの方向を変えるのに使用されてよい。いくつかの実施形態では、変更された仰角は、初期仰角に実質的に等しい。
【０００９】
いくつかの実施形態は、光導波路、エミッタアレイ、検出器アレイ、エミッタカプラ、検出器カプラ、および１つ以上のリフレクタを含む光タッチセンサ式装置に関する。光導波路は、装置の表面に広がり、導波路はアクティブエリアおよび周縁部を有する。エミッタアレイは、導波路に結合され、集中光ビームを生成するように構成される。検出器アレイは、導波路に結合され、集中光ビームを受信するように構成される。エミッタカプラは、導波路の周縁部上にある。エミッタカプラは、所定のパターンに従って導波路のアクティブエリアの全域でエミッタアレイからの集中光ビームを分配するように構成される光学構造を含む。アクティブエリアへのタッチは光ビームを妨害し、タッチセンサ式装置は妨害に基づいてタッチイベントを判断する。検出器カプラは、導波路の周縁部上にある。検出器カプラは、少なくともいくつかの光ビームを受信し、受信した光ビームを検出器アレイへ向けて集中させるように構成される光学構造を含む。１つ以上のリフレクタは、周縁部上にある。リフレクタは、アクティブエリアの全域で光ビームを検出器カプラへ向けて反射するように構成される光学構造を含む。
【００１０】
ここで、本発明の実施形態が、例として、添付の図を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態による、光タッチセンサ式装置の図である。
【図２】実施形態による、タッチイベントの位置を判断するための流れ図である。
【図３Ａ】実施形態による、光ビームとのタッチインタラクションのための妨げられたＴＩＲ機構を示す。
【図３Ｂ】実施形態による、光ビームとのタッチインタラクションのための妨げられたＴＩＲ機構を示す。
【図３Ｃ】実施形態による、透過を強化する光ビームとのタッチインタラクションを示す。
【図４Ａ】いくつかの実施形態による、異なる形状をしたビームフットプリントの上面図である。
【図４Ｂ】いくつかの実施形態による、異なる形状をしたビームフットプリントの上面図である。
【図４Ｃ】いくつかの実施形態による、異なる形状をしたビームフットプリントの上面図である。
【図５Ａ】いくつかの実施形態による、エミッタおよび検出器によるアクティブエリアの対象範囲を示す上面図である。
【図５Ｂ】いくつかの実施形態による、エミッタおよび検出器によるアクティブエリアの対象範囲を示す上面図である。
【図６Ａ】実施形態による、カプラおよびリフレクタを有する光タッチセンサ式装置の上面図である。
【図６Ｂ】実施形態による、カプラおよびリフレクタを有する光タッチセンサ式装置の予想図である。
【図７Ａ】いくつかの実施形態による、上面上の薄膜中にエミッタカプラおよびリフレクタを有する導波路の部分の断面である。
【図７Ｂ】いくつかの実施形態による、上面上の薄膜中にエミッタカプラおよびリフレクタを有する導波路の部分の断面である。
【図７Ｃ】実施形態による、図７Ａおよび図７Ｂのカプラおよびリフレクタの上面図である。
【図８Ａ】いくつかの実施形態による、底面上にリフレクタを有する導波路の断面図を示す。
【図８Ｂ】いくつかの実施形態による、底面上にリフレクタを有する導波路の断面図を示す。
【図９Ａ】いくつかの実施形態による、導波路の側部上のリフレクタを示す。
【図９Ｂ】いくつかの実施形態による、導波路の側部上のリフレクタを示す。
【図９Ｃ】いくつかの実施形態による、導波路の側部上のリフレクタを示す。
【図１０Ａ】いくつかの実施形態による、様々なエミッタカプラおよびリフレクタ配置を示す。
【図１０Ｂ】いくつかの実施形態による、様々なエミッタカプラおよびリフレクタ配置を示す。
【図１０Ｃ】いくつかの実施形態による、様々なエミッタカプラおよびリフレクタ配置を示す。
【図１０Ｄ】いくつかの実施形態による、様々なエミッタカプラおよびリフレクタ配置を示す。
【図１１】実施形態による、検出器アレイへビームを反射する検出器カプラの断面図である。
【図１２】実施形態による、カプラによって導波路内外へ反射されるビームの断面図である。
【図１３】実施形態による、仮想エミッタおよび仮想検出器を作成するためのカプラおよびリフレクタの配置を示す。
【図１４】実施形態による、タッチイベント位置の例を判断するための所定のビームパターンを示す。
【図１５】いくつかの実施形態による、リフレクタ構造の例を示す。
【図１６】いくつかの実施形態による、リフレクタ構造の例を示す。
【図１７】いくつかの実施形態による、リフレクタ構造の例を示す。
【図１８】いくつかの実施形態による、リフレクタ構造の例を示す。
【図１９】実施形態による、カプラ構造体から反射されたビーム経路の予想図を示す。
【図２０】実施形態による、エミッタアレイおよびカプラ構造体の予想図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図は、例示のみを目的として、本開示の様々な実施形態を示す。以下の議論から、本明細書に示される構造および方法の代替の実施形態が、本明細書に記載される開示の原理から逸脱することなく用いられてよいことを、当業者なら容易に認識するであろう。
【００１３】
Ｉ．序論
Ａ．装置の概要
図１は、一実施形態による、光タッチセンサ式装置１００の図である。光タッチセンサ式装置１００は、コントローラ１１０、エミッタ／検出器駆動回路１２０、およびタッチセンサ表面組立体１３０を含む。表面組立体１３０は、タッチイベントがその上で検出されるアクティブエリア１３１を含む。アクティブエリア自体は、光導波路のような完全にパッシブな構造であってよいため、便宜上、アクティブエリア１３１は、しばしばアクティブ表面または表面と呼ばれてよい。組立体１３０は、アクティブエリア１３１の周縁部に沿って配置されたエミッタおよび検出器も含む。この例では、Ｅａ〜ＥＪとラベル付けされたＪ個のエミッタおよびＤ１〜ＤＫとラベル付けされたＫ個の検出器がある。装置は、タッチイベントプロセッサ１４０も含み、それは、コントローラ１１０の一部として、または図１に示されるように別々に実装されてよい。標準化ＡＰＩが、タッチイベントプロセッサ１４０と通信するために、例えば、タッチイベントプロセッサ１４０とコントローラ１１０との間で、またはタッチイベントプロセッサ１４０とタッチイベントプロセッサに接続された他の装置との間で、使用されてよい。他の実施形態では、エミッタおよび検出器は、周縁部分のあちこちに置かれてよく、リフレクタが、表面にわたって所望のビーム分布を得るために使用され得る。
【００１４】
エミッタ／検出器駆動回路１２０は、コントローラ１１０と、エミッタＥｊおよび検出器Ｄｋとの間のインタフェースとして機能する。エミッタは、検出器によって受信される光「ビーム」を生成する。好ましくは、１つのエミッタによって生成された光は、２つ以上の検出器によって受信され、各検出器は、２つ以上のエミッタからの光を受信する。便宜上、「ビーム」は、たとえそれが別個のビームではなく、多数の検出器に向かう大きな扇形の光の一部であり得る場合でも、１つのエミッタから１つの検出器への光を指す。エミッタＥｊから検出器Ｄｋへのビームは、ビームｊｋと呼ばれる。図１は、例として、明示的に、ビームａ１、ａ２、ａ３、ｅ１、およびｅＫとラベル付けする。アクティブエリア１３１内でのタッチは、あるビームを妨害することになり、したがって、検出器Ｄｋで受信されるものを変化させる。これらの変化についてのデータは、タッチイベントプロセッサ１４０に通信され、それがデータを分析して、表面１３１上のタッチイベントの（一つまたは複数の）位置（および回数）を判断する。
【００１５】
Ｂ．プロセスの概要
図２は、一実施形態による、タッチイベントの位置を判断するための流れ図である。このプロセスを、図１の装置を使用して説明する。プロセス２００は、大まかに２つの段階に分割され、それらは、物理的段階２１０および処理段階２２０と呼ばれる。概念的に、２つの段階の間の境界線は、１組の透過係数Ｔｊｋである。
【００１６】
透過係数Ｔｊｋは、光ビームと相互作用するタッチイベントがない場合に伝わるであろうものと比べた、エミッタｊから検出器ｋへの光ビームの透過率である。
【００１７】
この特定の尺度の使用は、純粋に一例である。他の尺度が使用され得る。具体的には、遮断されたビームに最も関心があるので、（１−Ｔｊｋ）のような逆の尺度が、それは通常ゼロであるため、使用されてよい。他の例は、吸収、減衰、反射、または散乱の尺度を含む。加えて、図２は、物理的段階２１０と処理段階２２０との間の境界線としてＴｊｋを使用して説明されているが、Ｔｊｋは明示的に計算される必要はない。また、物理的段階２１０と処理段階２２０との間の明確な区分も必要とされない。
【００１８】
図２を再度参照すると、物理的段階２１０は、物理的設定からＴｊｋを判断するプロセスである。処理段階２２０は、Ｔｊｋからタッチイベントを判断する。図２に示されたモデルは、物理的設定および基礎となる物理的機構を後続の処理からいくらか分離するので、概念的に有用である。
【００１９】
例えば、物理的段階２１０は、透過係数Ｔｊｋを生成する。タッチセンサ表面組立体１３０に対する多数の異なる物理的設計が可能であり、異なる設計のトレードオフが、最終用途に応じて考慮されるであろう。例えば、エミッタおよび検出器は、より狭いかまたはより広いか、より狭い角度またはより広い角度、様々な波長、様々な出力、コヒーレントか否か、などであり得る。別の例として、複数のエミッタからのビームが各検出器によって受信されるのを可能にするために、異なるタイプの多重化が使用され得る。
【００２０】
ブロック２１０の内部は、プロセス２１０の１つの考えられる実装を示す。この例では、エミッタは、ビームを複数の検出器に伝える（２１２）。タッチセンサ表面にわたって移動するビームのいくつかは、タッチイベントによって妨害される。検出器は、エミッタからのビームを多重化光形式で受信する（２１４）。受信されたビームは、個々のビームｊｋを互いに区別するために逆多重化される（２１６）。各個々のビームｊｋに対する透過係数Ｔｊｋが、次いで判断される（２１８）。
【００２１】
処理段階２２０も、多数の異なる方法で実装され得る。候補タッチポイント、線画像処理（ｌｉｎｅ  ｉｍａｇｉｎｇ）、位置補間、タッチイベントテンプレート、およびマルチパスアプローチは全て、処理段階２２０の一部として使用されてよい技術の例である。
【００２２】
ＩＩ．物理的設定
タッチセンサ式装置１００は、いくつかの異なる方法で実装されてよい。以下は、設計バリエーションのいくつかの例である。
【００２３】
Ａ．電子機器
電子機器態様に関して、図１は、例示であり、本質的に機能することに留意されたい。図１の異なるボックスからの機能は、同じ構成要素内で共に実装され得る。
【００２４】
Ｂ．タッチインタラクション
光ビームとのタッチインタラクションのための異なる機構が使用され得る。一例は、妨げられた全反射（ＴＩＲ）である。妨げられたＴＩＲでは、光ビームは、全反射によって光導波路に閉じ込められ、タッチインタラクションが、いくつかの方法で全反射を妨害する。図３Ａ〜図３Ｂは、光ビームとのタッチインタラクションのための妨げられたＴＩＲ機構を示す。
【００２５】
タッチインタラクションはまた、直接的または間接的であり得る。直接インタラクションでは、タッチする物体３０４（例えば、指またはスタイラス）は、光ビーム３０２と相互作用する物体である。例えば、指は、空気より高い屈折率を有し得、したがって、導波路と直接接触するとＴＩＲを妨げる。間接インタラクションでは、タッチする物体３０４は、中間物体と相互作用し、中間物体が光ビーム３０２と相互作用する。例えば、指は、高屈折率の物体を導波路と接触させてよいか、または導波路もしくは周囲の材料の屈折率の変化を引き起こしてよい。
【００２６】
いくつかのタイプのタッチインタラクションは、タッチの存在に加えて、接触圧力またはタッチ速度を測定するために使用され得ることに留意されたい。いくつかのタッチ機構は、透過を低下させる代わりに、または透過を低下させることに加えて、透過を強化してよいことにも留意されたい。図３Ｃは、透過を強化する光ビームとのタッチインタラクションを示す。簡単にするために、本説明の後半では、タッチ機構は、主としてブロック特質であると仮定され、エミッタから検出器へのビームは、介在するタッチイベントによって部分的に、または完全にブロックされることを意味する。これは、必須ではないが、様々な概念を例証するために便利である。
【００２７】
便宜上、タッチインタラクション機構は、しばしば、バイナリまたはアナログのいずれかとして分類され得る。バイナリインタラクションは、基本的に、タッチの機能として２つの考えられる応答を有するものである。例としては、非ブロックおよび完全ブロック、または非ブロックおよび１０％＋減衰、または妨げられていないＴＩＲおよび妨げられたＴＩＲが挙げられる。アナログインタラクションは、タッチに対して「グレースケール」応答：非ブロックから部分的ブロックの漸次的変化を通過してブロックまで、を有するものである。
【００２８】
Ｃ．エミッタ、検出器、およびカプラ
各エミッタは、いくつかの検出器に光を伝える。通常、各エミッタは、２つ以上の検出器に対して同時に光を出力する。同様に、各検出器は、いくつかの異なるエミッタから光を受信する。光ビームは可視、赤外、および／または紫外（ＵＶ）光であってよい。用語「光」は、「光学」がそれに応じて解釈されるようなこれらの波長および用語の全てを含むことを意図する。
【００２９】
エミッタ用の光源の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、およびレーザが挙げられる。ＩＲ光源も使用され得る。光ビームの変調は、外部または内部であり得る。検出器用のセンサ要素の例としては、電荷結合素子、フォトダイオード、フォトレジスタ、フォトトランジスタ、および非線形全光検出器が挙げられる。
【００３０】
エミッタおよび検出器は、メイン光源またはセンサ要素に加えて、光学系および／または電子機器も含んでよい。例えば、エミッタおよび検出器は、放射光または入射光を広げかつ／またはコリメートするためのレンズに組み込まれてよいか、または取り付けられてよい。加えて、様々な設計の１つ以上の光結合組立体（カプラ）が、エミッタおよび検出器を導波路に結合するために使用され得る。
【００３１】
Ｄ．光ビーム経路
図４Ａ〜図４Ｃは、異なる形状をしたビームフットプリントの上面図または側面図である。タッチセンサ式システムの別の態様は、光ビームおよびビーム経路の形状および位置である。図１〜図２では、光ビームは線として示されている。これらの線は、ビームを代表するものとして解釈されるべきであるが、ビーム自体は、異なる形状およびフットプリントであってよい。ポイントエミッタおよびポイント検出器は、線状フットプリントを有するナロー「ペンシル」ビーム４１０を生成する。ポイントエミッタおよびワイド検出器（またはその逆）は、三角形のフットプリントを有する扇形ビーム４２０を生成する。ワイドエミッタおよびワイド検出器は、ほとんど一定幅の矩形のフットプリントを有する「矩形」ビーム４３０を生成する。フットプリントの幅に応じて、透過係数Ｔｊｋは、バイナリまたはアナログ量として振る舞う。タッチポイントがビームを通過するときに、透過係数が一方の極値から他方の極値へかなり急激に遷移する場合、バイナリである。例えば、ビームが非常に狭い場合、ビームは完全にブロックされるか、または全くブロックされないのいずれかであろう。ビームが広い場合、タッチポイントがビームを通過するときに、ビームは部分的にブロックされてよく、よりアナログの振る舞いをもたらす。
【００３２】
ビームは、横（水平）方向および垂直方向の両方にフットプリントを有してよい。ビームの横方向のフットプリントは、ビームの水平方向のフットプリントと同じかまたは異なっていてよい。
【００３３】
エミッタから放射され、検出器によって受信される光の方向および広がりは、アクティブエリア１３１をカバーすることを意図したビームフットプリントと、広がりまたは角度の点で異なっている場合がある。意図したフットプリントを達成するビームを形成するために、レンズ、カプラ、リフレクタ、または他の光学構造が、エミッタおよび検出器に取り付けられてよい。例えば、ポイントエミッタおよび検出器が、水平または垂直方向にビームを広げるために、レンズと併せて使用されてよい。
【００３４】
図５Ａおよび図５Ｂは、エミッタおよび検出器によるアクティブエリア１３１の対象範囲を示す上面図である。上記のように、エミッタおよび検出器は、アクティブエリア１３１の周縁部に沿って配置される。全てのエミッタは、アクティブエリアの２つの側、例えば、図５Ａに示されるように、２つの隣接する垂直な側に配置されてよい。同様に、全ての検出器は、アクティブエリアの他の２つの側に配置されてよい。あるいは、エミッタおよび検出器は、図５Ｂに示されるようなパターンに従って、混ぜてまたは交互に配置されてよい。このパターンは、各検出器の間に１つのエミッタが存在するか、または別のより複雑な配置であり得る。
【００３５】
たいていの実装では、各エミッタおよび各検出器は、複数のビーム経路をサポートするが、各エミッタから全ての検出器へのビームが存在するわけではない。１つのエミッタからの全てのビームからのフットプリントの集約は、そのエミッタのカバーエリアと呼ばれる。全てのエミッタのカバーエリアは、システム全体の対象範囲を得るために集約され得る。
【００３６】
個々のビームのフットプリントは、異なる量：空間的範囲（すなわち、幅）、角度範囲（すなわち、エミッタの放射角、検出器の受光角）およびフットプリント形状を使用して記述され得る。１つのエミッタから１つの検出器への個々のビーム経路は、エミッタの幅、検出器の幅ならびに／またはその２つの間のビーム経路を画定する角度および形状によって記述され得る。エミッタのカバーエリアは、エミッタの幅、関連する検出器の集約幅ならびに／またはエミッタからのビーム経路の集約を画定する角度および形状によって記述され得る。個々のフットプリントは重なり合ってよいことに留意されたい。（エミッタのフットプリントの合計）／（エミッタのカバーエリア）の比率は、重なり合う量の１つの尺度である。
【００３７】
エミッタは、アクティブエリア１３１の所望の対象範囲を提供し得る。しかしながら、アクティブエリア１３１内の全てのポイントが均等にカバーされるのではない。いくつかのポイントが多数のビーム経路によって横断され得るが、他のポイントははるかに少ないビーム経路によって横断され得る。アクティブエリア１３１にわたるビーム経路の分布は、いくつのビーム経路がアクティブエリア内の異なる（ｘ，ｙ）ポイントを横断するかを計算することによって特徴づけられてよい。ビーム経路の配向は、分布の別の態様である。全て大まかに同じ方向に走っている３つのビーム経路から導出される（ｘ，ｙ）ポイントは、通常、全て互いに６０度の角度で走る３つのビーム経路によって横断されるポイントよりも弱い分布であろう。
【００３８】
エミッタに対する上記の概念は、検出器にも当てはまる。検出器のカバーエリアは、検出器によって受信されたビームについての全てのフットプリントの集約である。
【００３９】
エミッタおよび／または検出器がアクティブエリア１３１の側部に沿って等間隔である場合、多数の重複するビーム経路が存在し得る。したがって、エミッタおよび／または検出器は、均等に間隔をあけていない場合がある。これは、ディザリングと呼ばれてよい。ディザリングは、アクティブエリア１３１の所望の対象範囲を確保しながら、エミッタおよび検出器の総数を減らし得る。
【００４０】
エミッタおよび検出器をアクティブエリア１３１の全周縁部に沿って配置する代わりに、光カプラおよびリフレクタが、エミッタおよび検出器を減らし、１つ以上のエミッタおよび検出器アレイにまとめることを可能にし得る。他の利点の中でもとりわけ、エミッタおよび検出器アレイは、製造のコストおよび複雑さを減少させ得る。これは、以下でさらに説明される。
【００４１】
ＩＩＩ．光カプラ、リフレクタ、および関連ハードウェア
Ａ．一般的な説明
上で紹介したように、光タッチセンサ式装置１００は、１つ以上の光カプラ組立体（またはカプラ）でエミッタおよび検出器に光学的に結合された光導波路を含む。光タッチセンサ式装置は、１つ以上のリフレクタ、プリント回路版（ＰＣＢ）、環境光シールド、ＩＲ透過性層、エアギャップおよび関連環境光吸収面、またはディスプレイモジュールも含む。
【００４２】
図６Ａおよび図６Ｂは、実施形態による、エミッタアレイ６１５および検出器アレイ６４０を有する光タッチセンサ式装置１００を示す。タッチイベントは、妨げられたＴＩＲを使用して検出され、導波路６０５の上面のアクティブエリア１３１内で受信される。表面組立体１３０は、導波路６０５に取り付けられた、エミッタアレイ６１５、エミッタカプラ６３０、検出器アレイ６４０、検出器カプラ６４５、およびリフレクタ６２５を含む。アクティブエリア１３１の全周縁部に沿って位置付けられたエミッタおよび検出器の代わりに、単一のエミッタアレイ６１５および検出器アレイ６４０が、リフレクタ６２５およびカプラ６３０、６４５と組み合わせて使用され得る。具体的には、リフレクタ６２５は、アクティブエリア１３１の上、左、および右側に沿って配置される。残りの構成要素は、底部側に沿って位置付けられる。しかしながら、エミッタアレイ６１５、エミッタカプラ６３０、検出器アレイ６４０、検出器カプラ６４５、およびリフレクタ６２５の位置は、異なって配置され得る。例えば、追加のエミッタ／検出器アレイおよびカプラが、周縁部に沿って位置付けられ得る。
【００４３】
上で記載したように、光ビームは、ＴＩＲを使用して導波路６０５を通って移動する。すなわち、光ビームは、導波路６０５の上面および底面の垂線から臨界角より大きい角度で、導波路６０５の上面および底面から反射する。ビームが入射する面（例えば、導波路の上面および底面）の平面に対するビームの角度は、仰角または伝播角度と呼ばれてよい。ビームが入射する面の垂線に対するビームの角度は、天頂角と呼ばれてよい。仰角は、９０−天頂角に等しい。
【００４４】
導波路６０５は、剛性または可撓性の材料から構築されてよい。さらに、導波路６０５は、材料の１つ以上の層を含み得る。これらの層は、同程度の屈折率でありかつ材料単体とよく似たように振る舞ってよく、または異なる屈折率を有してもよい。いくつかの状況では、ビームは導波路６０５の層の全てを通って移動し、他の状況では、層のサブセットのみを通って移動してよい。これは、導波路層の屈折率、ビームの仰角、およびビームの波長に起因し得る。図６に示された実施形態では、導波路６０５は、実質的にまたは正確にその底面に平行な上面を有する。導波路の上面は、タッチ入力を受信するように配向される。本開示内の導波路は矩形の平面導波路であるが、任意の形状およびタイプの導波路が使用され得ることが理解されるべきである。例えば、導波路の表面は曲面であってよい。
【００４５】
（一つまたは複数の）エミッタカプラ６３０は、ビームがＴＩＲを介して導波路６０５を通って伝播するような仰角を有するように、（一つまたは複数の）エミッタアレイ６１５から放射されたビームの方向を変える。リフレクタ６２５は、光ビームが、アクティブエリア１３１を十分にカバーして所望のタッチ解像度を提供し、最終的に検出器アレイ６４０へ方向を変えられるように、導波路６０５に結合されるビームの方向を変えてよい。したがって、タッチイベントは、アクティブエリア１３１上のどこでも検出され得る。ビーム１、２、および３が、ビーム経路の例を説明するために図示されている。ビーム１および２は、タッチイベント１の位置で交差し、したがって、これらのビームの検出器アレイ６４０への伝播がタッチイベントによって部分的に、または完全に防がれ得るため、そのタッチイベントを検出するのに使用され得る。ビーム３は、リフレクタ６２５がビームを任意の方向に反射するように構成され得ることを示す。
【００４６】
光タッチセンサ式装置１００は、画像を表示するように構成されたディスプレイ（または画面）モジュールと連動して動作するように構成され得るが、ディスプレイモジュールは、必ずしも光タッチセンサ式装置１００の一部ではない。いくつかの用途では、導波路は、ディスプレイ装置の前に設置され得、ディスプレイモジュールの側端部を越えて広がり得る。他の用途では、導波路は、ディスプレイ装置の前面上に形成され得る。
【００４７】
図６に示された実施形態では、エミッタアレイ６１５は、導波路の下に（例えば、アクティブエリア１３１の周縁部に沿って）置かれ、例えばエミッタカプラ６３０によって、導波路の底面を通って導波路に入る光ビームを生成する。エミッタアレイ６１５は、１つ以上の前述のエミッタの任意の配置であり得る。例えば、エミッタアレイ６１５は、ＬＥＤの１次元または２次元アレイを含む。検出器アレイ６４０も、導波路の下に（例えば、アクティブエリア１３１の周縁部に沿って）置かれ、検出器カプラ６４５によって方向を変えられた光ビームを受信する。検出器アレイ６４０は、１つ以上の前述の検出器の任意の配置であり得る。例えば、検出器アレイ６４０は、フォトダイオードの１次元または２次元アレイを含む。検出器アレイ６４０はまた、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器などの、カメラまたは他のイメージセンサであり得る。
【００４８】
Ｂ．カプラおよびリフレクタ
カプラ６３０、６４５およびリフレクタ６２５は、ビームが導波路を通って伝播するときに、ビームの特性を、拡大、縮小、反射、回折、屈折、分散、増幅、低減、合成、分離、偏光、または他の方法で変化させる光学構造である。さらに、各カプラまたはリフレクタは、これらの効果の１つ以上を実行し得る。これを行うために、カプラおよびリフレクタ構造は、金属化フィーチャ、光学格子、鏡、プリズム構造、フレネル構造、コーナーリフレクタ、レトロリフレクタなどを含み得る。説明では、カプラおよびリフレクタは、光ビームの「方向を変える」という観点から記載されるが、これは、上記のビーム特性変化のいずれか１つ以上、ならびに上で具体的に指摘されていない光ビームの任意の他の操作を含む説明を簡単にするためである。
【００４９】
カプラ６３０、６４５およびリフレクタ６２５の高さは、５００マイクロメートル以下であり得る。いくつかの実施形態では、カプラおよび／またはリフレクタは膜の一部分であり、（光学構造自体は、高さ１００マイクロメートル以下であってよいが）膜の厚さは５００マイクロメートル以下である。任意の数のカプラおよびリフレクタが、導波路上に位置付けられてよく、カプラおよびリフレクタは、導波路の上面、側面、および／または底面などの任意の表面に取り付けられてよいか、その一部であり得る。導波路の側面のカプラおよびリフレクタは、空気を通して導波路に結合されてよい（図９Ｂを参照）。カプラおよびリフレクタは、例えば、金属、ガラス、およびポリマーを含む任意の数の材料で作製されてよい。
【００５０】
リフレクタ６２５は、所定のパターンに従って導波路６０５中を伝播する光ビームの方向を変える１つ以上の光学構造を含む。エミッタカプラ６３０は、所定のパターンに従ってエミッタアレイ６１５からの光ビームの方向を変える１つ以上の光学構造を含む。所定のパターンは、概して、エミッタアレイ６１５から発生し、アクティブエリア１３１の所望の対象範囲を提供し、検出器アレイ６４０へ向けて方向を変えるビーム経路のパターンを含む。したがって、エミッタカプラ６３０は、エミッタアレイ６１５からのビームを導波路に結合してよい。エミッタカプラ６３０と同様に、検出器カプラ６４５は、所定のパターンに従って導波路を通って伝播する光ビームを受信し、検出器アレイ６４０へビームの方向を変える１つ以上の光学構造を含む。これは、導波路からのビームを検出器アレイ６４０に結合することを含んでよい。各エミッタアレイ６１５および検出器アレイ６４０はそれ自体のカプラを有してよく、図６Ｂに示されるように、カプラまたは関連する構造は、アレイを導波路に物理的に接続し得る。他の利点の中でもとりわけ、エミッタカプラ６３０は、エミッタアレイ６１５のような、集中光源からのビームの方向を変え得、大きいアクティブエリア１３１にわたってビームを広く分配し得る。同様に、検出器カプラ６４５は、広い角度範囲からのビームの方向を変え得、検出器アレイ６４０のような、集中検出器源上へビームを集中させ得る。
【００５１】
カプラおよび検出器はまた、ビームのフットプリントを変化させるように設計され得る。より小さいフットプリントを有するビームは、タッチイベントに対してより高感度であり、一方、より広いフットプリントを有するビームは、アクティブエリア１３１のより大きい割合をカバーできる。したがって、異なるビームフットプリントを有することにより、タッチ装置１００は、異なるタッチ感度レベルを有し得る。加えて、ビームフットプリントは、タッチ物体の区別に使用され得る。例えば、細いスタイラスチップは、広いビームフットプリントに、指とは異なる影響を与えてよい。概して、カプラおよび検出器は、ビーム方向およびフットプリントのほとんど全ての所望の分布を提供するように設計され得る。
【００５２】
カプラ６３０、６４５およびリフレクタ６２５は、導波路上に製造され得、導波路の一部として形成され（例えば、導波路の一部分に組み込まれ）得、または導波路に加えられる別個の構成要素の一部であり得る。例えば、カプラおよびリフレクタは、押出成形または射出成形によって形成され得る。一実施形態では、カプラおよびリフレクタは、周縁部または周縁部付近などの、導波路６０５の表面に取り付けられた可撓性薄膜６１０の一部分である。膜６１０は、保護層を含み得、取り付けの複雑さ低減し得る。別の実施形態では、カプラおよびリフレクタの構造は、熱エンボス加工（例えば、ポリマー導波路に対して）、ＵＶエンボス加工、鋳造（例えば、ガラスもしくはポリマー導波路に対して）、エッチング（例えば、ガラスもしくはポリマー導波路に対して）、またはアブレーション（例えば、ガラスもしくはポリマー導波路に対して）などの方法によって、導波路の表面上へ直接形成され得る。あるいは、別の層（例えば、所望の形状に鋳造され得るポリマー）が、導波路表面上へ直接取り付けられ得る。他の利点の中でもとりわけ、製造方法のため、カプラおよびリフレクタの実施形態は、ロープロファイル構造であり得る。例えば、熱エンボス加工によって、構造は、１ミリメートル（ｍｍ）〜数百マイクロメートルの範囲の高さを有し得、熱またはＵＶエンボス加工によって、構造は、数マイクロメートル〜１００マイクロメートルの範囲の高さを有し得る。
【００５３】
ＵＶエンボス加工の例では、液体樹脂コーティングを有する膜６１０は、ローラの下を通される。ローラは、その表面上に、意図した構造のネガを含む。液体コーティングは、ローラによって形作られ、（典型的には膜の下の供給源から、膜を通過する）ＵＶエネルギーが、液体内の架橋重合を引き起こし、液体コーティングを意図した形状に硬化させる。結果として、その上に精巧な表面プロファイルを有し得る硬化樹脂層を有する膜が生じる。裏側の接着剤コーティングおよび構造側の金属化層などの任意選択の層が、所望の構造を形成するために膜に適用され得る。次いで、膜は、導波路表面に適用され得る。いくつかの実施形態では、膜は、導波路自体の一部である。他の利点の中でもとりわけ、導波路、カプラ、およびリフレクタは、ロールツーロール大量製造方法から生産され得る。
【００５４】
カプラおよびリフレクタは、以下でさらに説明される。カプラおよびリフレクタの光学構造は類似し得る。したがって、所与のカプラおよびリフレクタに対する概念、設計、配置などは、他のカプラおよびリフレクタにも当てはまり得る。さらに、カプラおよびリフレクタは、図に具体的に示されていないビームの特性を変え得る。例えば、カプラおよびリフレクタは、ビーム幅フットプリントを変化させてよく、かつ／または面内外へ光ビームの方向を変えてよい。カプラおよびリフレクタは、ビームまたは反射ビームの見かけ上の終点をシフトしてもよい。図中の構成要素の説明は、他の図中の類似の構成要素に当てはまり得る。加えて、製造欠陥のため、方向を変えられた光ビームは、意図または予期された正確な角度で方向付けられない場合がある。しかしながら、方向を変えられた光ビームの角度は、（例えば、１度または２度以内で）記載または示された角度に実質的に等しくてよい。
【００５５】
Ｃ．カプラおよびリフレクタ配置の例
図７Ａおよび図７Ｂは、いくつかの実施形態による、上面上の膜７１０中にエミッタカプラ７３０およびリフレクタ７２５を有する導波路７０５の部分の断面である。図７Ｃは、実施形態による、エミッタカプラ７３０およびリフレクタ７２５の上面図である。エミッタカプラ７３０およびリフレクタ７２５は、導波路７０５の上面の周縁部に取り付けられた膜７１０の一部である。エミッタ７１５は、導波路の下にあり、エミッタカプラ７３０と位置合わせされている。したがって、ビームは、底面を通って導波路に入り、エミッタカプラ７３０上に入射する。エミッタカプラ７３０は、ビームがＴＩＲを介して伝播するように、ビームの角度を変化させる。図７Ｃ（上面図）に見られるように、エミッタカプラ７３０は、放射パターンにビームを分配する。リフレクタ７２５は、（そうしないと失われるであろう）端部に向かって進むビームの方向を、アクティブエリア１３１へ向けて（例えば、検出器アレイ７４０、別のリフレクタ７２５などへ向けて）変えるために、エミッタカプラ７３０と導波路７０５の端部との間に設置される。
【００５６】
導波路７０５は、いくつかの層を含む。示された実施形態では、層は、接着剤層７０７によって上部ポリマー膜７０８に取り付けられた底部ガラス層７０６を含む。ガラス層７０６はまた、任意の光透過性ポリマーが適している場合があるが、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、またはポリシロキサン（シリコーン）などのポリマーであり得る。ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）は、微細構造のための型の作製に適し得ることに留意されたい。ガラス層７０６は、導波路の他の層に構造的な支持を提供し得る。エミッタカプラ７３０およびリフレクタ７２５は、導波路７０５の上面に取り付けられた膜７１０の一部分である。膜７１０は、導波路と接触する硬化エンボス加工ポリマー７２０、ポリマー７２０上の金属化層７２３および装飾層７２１および保護トップコート７２２を含み得る。硬化エンボス加工ポリマー７２０は、エミッタカプラ７３０およびリフレクタ７２５を含む。保護トップコート７２２は、損傷されることから膜７１０を保護し得、装飾層７２１は、タッチ装置１００のユーザーからカプラ７３０およびリフレクタ７２５を視覚的にカバーし得る。金属層７２３は、硬化エンボス加工ポリマー７２０が、ビームの方向を変えることができるリフレクタ６２５を形成するのを可能にし得る。例えば、リフレクタ６２５は、（硬化ポリマーと隣接材料との間の屈折率の差に基づいて）ＴＩＲ単独で考えられ得るものより小さい入射角度にビームの方向を変え得る。膜７１０および（ガラス層７０６を除く）導波路７０５の上部層の合計の高さは、５０〜５００μｍの範囲である。
【００５７】
膜７１０における代替の層は、金属化層７２３の代わりのエアギャップであってよい（空気は、エンボス加工ポリマー７２０中の凹部とエンボス加工ポリマー７２０の上の層との間に閉じ込められる）。例えば、装飾層７２１は、エンボス加工ポリマー７２０に取り付けられる、その裏側に接着剤を有するテープであり得、プロセス中に空気を閉じ込める。空気は、そこからエンボス加工ポリマー７２０中のビームの方向が変えられ得る低屈折率材料を提供する。
【００５８】
エミッタカプラ７３０およびリフレクタ７２５は、ビームの方向を変えるための反射性構造体のアレイを含む。これらの構造体は金属化され得、例えば、リフレクタ７２５は平面鏡のアレイである。図７Ｃに見られるように、反射ビーム７３５は、第２のエミッタから生成されたかのようにアクティブエリア１３１へ向けて伝播する。カプラ７３０およびリフレクタ７２５の物理的配置のため、追加のエミッタは仮想化され得、したがって、エミッタまたはエミッタアレイの数を増加させることなく、アクティブエリア１３１のカバーエリアは増加され得る。あるいは、エミッタカプラ７３０がリフレクタ７２５へ向けてのみビームの方向を変える場合、反射ビーム７３５は、見かけ上のエミッタ位置をリフレクタ７２５に沿った状態にすることができる。いくつかの実施形態では、反射したビーム７３５の方位角は、入射したビーム７３５の方位角と適合しない。例えば、リフレクタ７２５は、反射ビーム７３５の反射方位角を減少させる非線形光学構造（例えば、シェブロンパターン）を有する。別の例では、図６Ｂのビーム３は、ビーム１および２に比べて鋭い反射方位角を有する。
【００５９】
図８Ａおよび図８Ｂは、いくつかの実施形態による、底面上にリフレクタ８２５を有する導波路８０５の断面図を示す。図８Ａおよび図８Ｂの例では、導波路は、ポリマー膜８０８の上面に取り付けられたガラス層８０６を含む。膜８１０は、ポリマー膜８０８の底面に取り付けられた硬化ポリマー８２０中のリフレクタ８２５を含む。いくつかの実施形態では、ガラス層８０６の高さは４ミリメートルであり、（膜層８１０を含む）残りの層の合計の高さは１００マイクロメートルである。他の利点の中でもとりわけ、導波路８０５の底面上のリフレクタ（およびカプラ）は、導波路自体によって（例えば、タッチイベントから）保護され、したがって、保護層は適用されない。リフレクタ８２５は、膜８１０中になくてもよく、導波路８０５および膜８１０は、図８Ａおよび図８Ｂに記載されたものに限定されない。
【００６０】
図８Ａおよび図８Ｂは、ビームの仰角を変化させる（例えば、３０度から１５度に、これは天頂角の６０度から７５度への変化である）リフレクタ８２５も示す。反射前、光ビームは、初期仰角でＴＩＲを介して導波路８０５を通って移動する。反射後、ビームは、より小さい仰角で移動する。他の利点の中でもとりわけ、ビームの仰角を変化させることは、タッチイベントに対するビームの感度を変化させ得る。これは、天頂角は、導波路材料およびタッチ材料の臨界角より大であり得るためである。また、角度変化のため、方向を変えられた光ビームは、導波路の層のサブセットのみを通って移動してよい。図８では、方向を変えられた光ビームは、ビームがＴＩＲを介してポリマー膜８０８中を移動するように、接着剤８０７によって方向を変えられる。結果として、方向を変えられた光ビームは、ガラス層８０６を通って伝播しない場合があり、したがって、タッチの影響を受けない。例えば、接着剤８０７でｎ＝１．４１（シリコーン接着剤の典型的な値）、およびポリマー膜８０８でｎ＝１．５６（ポリカーボネート膜の典型的な値）の場合、６５度より大きい天頂角を有するビームは、ＴＩＲを介してポリマー膜８０８を通って移動するであろう。参考までに、他の層の屈折率の例としては、ガラス層８０６でｎ＝１．５１、および硬化ポリマー８２０でｎ＝１．４９が挙げられる。
【００６１】
図８Ａでは、方向を変えられたビームは、導波路８０５の全ての層を通って伝播し続ける。しかしながら、より小さい仰角およびタッチ物体の屈折率のため、ビームは、タッチイベントに対する感度が低いかまたは感度がない場合がある。例えば、ガラス導波路層８０６がｎ＝１．６４を有するＰＥＴ膜またはシートであり、ビームが１９度の仰角を有する場合、ｎ＜１．５５を有するタッチ物体は、ビームに影響を与えないであろう（典型的な指は１．４５〜１．５５のｎ値を有する）。別の例では、ガラス層８０６でｎ＝１．５１の場合、１５度の仰角を有するビームは、ｎ≦１．４５８を有するタッチ物体の影響を受けないであろう。参考までに、他の層の屈折率の例としては、接着剤８０７でｎ＝１．４９、ポリマー膜８０８でｎ＝１．５６、および硬化ポリマー８２０でｎ＝１．４９が挙げられる。他の実施形態では、様々な構成要素が、異なる屈折率を有してよい。
【００６２】
いくつかの実施形態では、仰角は、タッチのタイプを区別するために使用され得る。例えば、ビームの群は、第１の仰角（例えば、３０度）で伝播しており、ビームの別の群は、第２の仰角（例えば、１５度）で伝播している。したがって、導波路の材料に応じて、指のタッチは、第１の仰角を有するビームに影響を与えてよく、（例えば、高い屈折率を有する）材料チップを有するスタイラスは、ビームのセットの一方または両方に影響を与えてよい。これらの実施形態では、リフレクタは、ビームの入射仰角を変化させる代わりに保持してよい。
【００６３】
実施形態は、図８Ａおよび図８Ｂに示されたものによって限定されない。例えば、リフレクタ８２５は、初期仰角からより大きい仰角に仰角を変化させてよく、方向を変えた後、ビームをタッチイベントに対して感度を有する状態にするか、またはより高感度にする。
【００６４】
図９Ａ〜図９Ｂは、いくつかの実施形態による、導波路９０５の側部上のリフレクタ９２５を示す。示された導波路９０５の例は単層を含むが、追加の層が存在してよい。図９Ａでは、リフレクタ９２５は垂直であり、導波路９０５の側部に直接取り付けられている。したがって、方向を変えられたビームは、入射ビームと同じかまたは類似した仰角を有する。図９Ｂは、エアギャップ９０４がリフレクタ９２５と導波路との間にあることを除いて、図９Ａと同様である。他の利点の中でもとりわけ、これは、導波路の狭い端部にリフレクタを取り付ける困難な製造ステップを回避し得る。例えば、リフレクタは、導波路ハウジングの一部であり得る。エアギャップ９０４は、ビームを所望のように変えるために増加または減少され得る。エアギャップ９０４は、リフレクタ９２５の上下で失われるビームを最小限にするために、好ましくは小さい。リフレクタ９２５の高さは、導波路９０５とリフレクタ９２５との位置合わせを簡単にするために、導波路９０５の厚さより大きくすることができる。図９Ｃでは、リフレクタ９２５は、導波路に直接取り付けられ、上面の垂線に対してある角度（例えば、７．５度）で設置される。したがって、方向を変えられたビームの仰角は、入射ビームに対して（例えば、３０度から１５度に）変化している。図９Ｃに示された角度は天頂角であることに留意されたい。これらの例では、リフレクタ９２５は、簡単な鏡、または（例えば、他の光学効果が望ましい場合）より複雑な光学構造であり得る。いくつかの実施形態では、側部リフレクタ９２５は、導波路９０５の他の表面上のリフレクタと併せて使用される。
【００６５】
図１０Ａ〜図１０Ｄは、いくつかの実施形態による、様々なエミッタカプラ１０３０およびリフレクタ１０２５配置を示す。図１０Ａおよび図１０Ｂは各々、底面上のエミッタカプラ１０３０およびリフレクタ１０２５を示し、図１０Ｃは、底面上のエミッタカプラ１０３０および上面上のリフレクタ１０２５を示し、図１０Ｄは、導波路１００５の上面の一部としてのエミッタカプラ１０３０を示す。底面上のエミッタカプラ１０３０は、透明材料を含み得、導波路１００５に結合される光エネルギーの割合を増加させてよい。底面上のエミッタカプラ１０３０は、回折効果または屈折効果を介して、ビームを導波路１００５に結合してよい（例えば、エミッタカプラ１０３０は回折格子であるか、またはビームがＴＩＲを介して伝播するのに仰角が十分であるように、屈折を介して入射ビームの角度を変化させる）。
【００６６】
図１０Ａ〜図１０Ｃでは、各エミッタカプラ１０３０は、光ビームを導波路に結合する。その後、光ビームは、カプラ１０３０によって付与された仰角のため、ＴＩＲを介して導波路を通って伝播する。さらに、各リフレクタ１０２５は、例えば、所望の仰角を得るために、またはＴＩＲが生じるのに十分なものに仰角を減少させるために、エミッタカプラ１０３０によって結合されたビームの仰角を減少させる。図１０Ａでは、エミッタ１０１５は、導波路の底面に実質的に垂直（例えば、１度または２度以内）なビームを放射し、一方、図１０Ｂ〜図１０Ｄでは、エミッタ１０１５は、導波路の底面に対してある角度で傾いている。傾いたエミッタ１０１５を有する配置は、傾いたエミッタ１０１５のない配置に比べて上昇した結合効率を有してよい。
【００６７】
図１０Ａのリフレクタ１０２５およびエミッタカプラ１０３０は、底面に取り付けられた薄膜である。図１０Ｄでは、エミッタカプラ１０３０は、導波路１００５自体の一部である。これは、カプラパターンを導波路１００５上へ直接エンボス加工または硬化することによって形成されてよい（例えば、導波路はポリマーシートである）。いくつかの実施形態では、図１０Ｄのエミッタカプラ１０３０は、１ミリメートル以下である（これは、厚さ数ミリメートルの導波路の一部分に組み込まれてよい）。図１０Ｂ〜図１０Ｃのリフレクタ１０２５および図１０Ｄのエミッタカプラ１０３０は、プリズム構造を含む。プリズム構造は、傾斜表面の繰り返しを含み得る。他のリフレクタおよびカプラ構造に比べて、プリズム構造は、ビーム損失１０００および外部からのビーム侵入１００１の影響をより受けやすくなり得る。しかしながら、プリズム構造は、金属化される必要がないため有利な場合があり、したがってより製造しやすくなり得、（例えば、衝撃または強いタッチイベントにより）損傷されることに対する感度が低くなり得る。したがって、プリズム構造は、保護膜なしで上面上に設置され得る。
【００６８】
図１１は、実施形態による、検出器または検出器アレイ１１４０へビームの方向を変える検出器カプラ１１４５の断面図である。ビームは、アクティブエリア１３１からＴＩＲを介して導波路１１０５中を移動し、検出器カプラ１１４５上に入射する。検出器カプラ１１４５は、検出器アレイ１１４０へ向けてビームの方向を変える。方向を変えられたビームは、導波路１１０５の底面を通って移動し、検出器アレイ１１４０上に入射する。導波路１１０５は、追加の層を含み得る。示されていないが、他の光学効果が、検出器カプラ１１４５によって実行され得る。例えば、検出器カプラ１１４５は、たとえビームが様々な仰角および方向で受信されるとしても、検出器アレイ１１４０中の適切な検出器へ光ビームの方向を変え得る。異なる検出器カプラ１１４５が、様々なタッチ装置配置および所定のパターンに対して設計されてよい。
【００６９】
図１２は、実施形態による、カプラ１２３０、１２４５によって導波路１２０５の内外へ方向を変えられるビームの断面図である。導波路１２０５は、第１の層１２０１を第２の層１２０２の上に含む。導波路１２０５は、アクティブエリア１３１上に触感フィーチャ１２００も含む。触感フィーチャ１２００は、タッチセンサ式装置１００とやりとりするユーザーのために、触感体験を提供しかつグレアを低減し得る。膜１２１０は、第１の層１２０１の上面の周縁部に取り付けられ、エミッタカプラ１２３０および検出器１２４５を含む。エミッタまたはエミッタアレイ１２１５は、導波路１２０５の下にあり、エミッタカプラ１２３０と位置合わせされている。同様に、検出器または検出器アレイ１２４０は、導波路１２０５の下にあり、検出器カプラ１２４５と位置合わせされている。したがって、エミッタアレイからのビームは、導波路に結合され、ＴＩＲを介して第１の層１２０１を通って伝播し、導波路から結合されて出て、検出器アレイ１２４０によって受信される。
【００７０】
図１２の例では、ビームは、ＴＩＲを介して第２の層１２０２を通って移動しない。示されるように、ビームは、導波路１２０５の内外に結合されるときのみ第２の層１２０２を通って移動する。いくつかの状況では、これは有利な場合がある。例えば、第２の層１２０２は、最初はタッチ検出を提供しないディスプレイ画面のカバーレンズであってよく、第１の層１２０１（および他の構成要素）が、タッチ検出を提供するために追加される。別の例では、第２の層１２０２は、ビームがＴＩＲを介してそれを通って効率的に伝播できない材料であってよい（例えば、赤外波長は、あるガラスのタイプを通って伝播しない場合がある）。いくつかの実施形態では、第２の層１２０２は厚さ０．７ｍｍのガラスであり、第１の層１２０１は厚さ０．２５ｍｍの膜であり、触感フィーチャ１２０５は厚さ２０μｍであり、膜１２１０は、厚さ２７μｍのカプラ６３０、６４５の上に厚さ２５μｍの黒色ラッカーを含む。黒色ラッカー層は、使用中の損傷からカプラ６３０、６４５を保護してよい。さらに、カプラ６３０、６４５は、幅２ミリメートル以下（例えば、１．６ｍｍ）であり得る。図１１と同様に、示されていない光学効果が、検出器カプラによって実行されてよい。例えば、光ビームは、例えばエミッタカプラ１２３０に起因する、様々な仰角を有する所定のパターンで伝播してよい。さらに、リフレクタなどの他の光学構造が、導波路１２０５上に存在してよい。
【００７１】
Ｄ．複数のエミッタおよび検出器
いくつかの実施形態では、アクティブエリアの１つ以上の側部に沿って配置された複数のエミッタおよび検出器アレイを含むことは、有利である。これらの実施形態は、以下でさらに説明される。
【００７２】
図１３は、実施形態による、仮想エミッタおよび仮想検出器を作成できるカプラ１３３０、１３４５およびリフレクタ１３２５の配置を示す。エミッタカプラ１３３０および検出器カプラ１３４５は、アクティブエリア１３１の底部側に沿って位置付けられ、リフレクタ１３２５は、上部側に沿って位置付けられる。エミッタカプラ１３３０はエミッタにもなり得、検出器カプラ１３４５は検出器にもなり得る。示されるように、ビームは、中央のエミッタカプラ１３３０から上部側に沿ったリフレクタ１３２５へ向けて方向付けられる。リフレクタ１３２５は、入射ビームを、底部側に沿った検出器カプラ１３４５に向かって戻る方向に変える。いくつかの実施形態では、図１３に示されたものと異なる構成要素および／または他の構成要素が含まれてよい。例えば、追加のリフレクタまたはエミッタ／検出器アレイが、アクティブエリア１３１の側部上に配置されてよい。
【００７３】
いくつかの実施形態では、リフレクタ１３２５は、仮想検出器のように見え得る。例えば、入射ビームは、タッチイベントに対する感度を有してよく、リフレクタ１３２５は、方向を変えられたビームがタッチイベントに対する感度がないようにビームの仰角を変化させる。したがって、カプラ１３３０からリフレクタ１３２５へのビーム経路のみが、タッチ感度を有するため、検出器カプラ１３４５がリフレクタ１３２５の位置にあるかのように動作する。このように、リフレクタ１３２５は仮想検出器である。同様に、リフレクタ１３２５は、仮想エミッタのように見え得る。例えば、入射ビームは、タッチイベントに対する感度がなくてよく、リフレクタ１３２５は、方向を変えられたビームがタッチイベントに対する感度を有するようにビームを変化させる。したがって、リフレクタ１３２５から検出器カプラ１３４５へのビーム経路のみが、タッチ感度を有するため、エミッタカプラ１３４５がリフレクタ１３２５の位置にあるかのように動作する。さらに、仮想エミッタおよび仮想検出器の組み合わせが使用され得る。例えば、エミッタカプラ１３３０の所定のパターンは、タッチ感度を有するビームおよびタッチ感度のないビームを含み、リフレクタ（またはリフレクタの一部分）は、タッチ感度を有するビームをタッチ感度のないビームとして方向を変え、タッチ感度のないビームをタッチ感度を有するビームとして方向を変えるように設計される。別の例では、１つ以上のエミッタカプラ１３３０は、タッチ感度を有するビームを放射し、１つ以上の異なるエミッタカプラ１３３０は、タッチ感度のないビームを放射する。他の利点の中でもとりわけ、仮想エミッタおよび仮想検出器は、エミッタおよび検出器がアクティブエリア１３１の全周縁部に沿って設置されないため、製造のコストおよび複雑さを減少させる。また、本開示に記載された薄いリフレクタを使用することで、リフレクタの物理的な嵩は、典型的には、周縁部に沿ったエミッタおよび検出器のものより小さくなる。
【００７４】
図１３に示された実施形態では、リフレクタ１３２５は、上部側に沿ってディザリングされる（不等間隔である）。ディザリングは、アクティブエリア１３１中のビーム経路の分布を最適化し得、エミッタの数を増加させることなく、アクティブエリア１３１のカバーエリアを増加させ得る。カプラおよびリフレクタがない場合、エミッタおよび検出器は、ＰＣＢ上でディザリングされてよく、これは、特に大きいアクティブエリア１３１を有するタッチ装置では、製造するのにコストがかかりかつ困難である。したがって、カプラおよびリフレクタによるディザリングは、エミッタおよび検出器がＰＣＢ上にディザリングなしで製造されるのを可能にすることによって、製造の複雑さを減少させ得る。
【００７５】
図１４は、実施形態による、タッチイベント位置の例を判断するための所定のビームパターンを示す。エミッタ１および２、ならびに検出器１、２および３は、アクティブエリア１３１の底部側に沿って配置され、リフレクタ１４２５は、上、左、および右側に沿って配置される。エミッタ１はビーム１および２を放射し、検出器１はビーム１を受信し、検出器２はビーム２を受信する。エミッタ２はビーム３（破線）を放射し、検出器３はビーム３を受信する。ビーム１および２は、位置Ｔ１またはＴ２でタッチイベントの影響を受け得る。したがって、ビーム１および２だけに基づいて、位置Ｔ１またはＴ２でタッチイベントが生じるかどうかを判断することは、困難または不可能であり得る。しかしながら、ビーム３は、位置Ｔ２を通過し、位置Ｔ１を通過しないので、タッチイベントの位置は、ビーム１、２および３を測定することによって、位置Ｔ１またはＴ２のいずれかであると区別され得る。さらに、追加のビームを考慮することによって、複数の同時タッチイベントが、単一のタッチから識別および区別され得る。
【００７６】
Ｅ．リフレクタの例
図１５〜図１８は、いくつかの実施形態による、リフレクタ構造の例を示す。リフレクタは、光学構造の直線または平面アレイであってよい。リフレクタは、例えば図７Ｃのリフレクタ７２５と同様に、アクティブエリアの側部（または側部の一部分）に沿って伸び得る。さらに、リフレクタの各々は、金属であるか、または金属化フィーチャを含み得る反射性構造体を含む。
【００７７】
図１５は、第１の実施形態による、リフレクタ１５２５の断面図である。リフレクタ１５２５は、導波路の底面上に三角形構造を含む。三角形構造は、リフレクタ１５２５を離れる入射ビームの方向を変える反射性表面（例えば、金属化表面）を含む。構造体の反射性表面は、導波路の上面の垂線に対してある角度で傾いている。したがって、方向を変えられた光ビームは、入射光ビームと異なる仰角を有する。図１５Ａの例では、方向を変えられたビームの仰角は、入射ビームのものより大きい。
【００７８】
図１６は、第２の実施形態による、リフレクタ１６２５の断面図である。リフレクタ１６２５は、繰り返し傾斜反射表面のセット（例えば、表面Ｓ１〜Ｓ４）を含み得る。反射表面は、互いに垂直であり得る。リフレクタ１６２５は、入射ビームの天頂角を６０度の天頂角で保持するように設計される。図１６の繰り返し表面の各セットは同一であるが、繰り返し表面の各セットは異なる場合がある（例えば、繰り返し表面の各セットは、他の天頂角を保持するように設計され得る）。６０度の天頂角を有するビーム例Ａは、リフレクタ１６２５上に入射する。ビームＡは、Ｓ２によって、Ｓ１へ向かう水平経路に方向を変えられる。Ｓ２は、水平線（例えば、導波路に平行な線）に関して１５度傾いており、Ｓ１に垂直である。その後、ビームＡは、Ｓ１によって、６０度の天頂角でリフレクタ１６２５から離れる方向に変えられる。したがって、ビームＡの初期天頂角は保存される。初期仰角および方向を変えられた仰角は同じであるため、ビームＡは、リフレクタ１６２５の任意の表面にぶつかり、その６０度の初期天頂角を保持する。６０度に垂線を有する平面鏡は、ビームＡについて同様の結果（例えば、図９Ｃまたは図１５のリフレクタと同様）を達成し得るが、平面鏡は、６０度以外の天頂角を有するビームでは効率が悪くなる。例えば、６０〜６５度の範囲の、様々な天頂角を有するビームが、導波路中を伝播し得る。したがって、６０度に垂線を有する平面鏡は、６５度の天頂角を有する入射ビームの方向を、５５度の天頂角に変えるであろう。結果として、変動する天頂角を有するビームでは、リフレクタ１６２５は、より高い効率を有し得る。例えば、６５度の天頂角を有するビームＢは、Ｓ４およびＳ３にぶつかり、保持された６５度の天頂角でリフレクタから離れる方向に変えられる。
【００７９】
図１７は、第３の実施形態による、リフレクタ１７２５の断面図である。リフレクタ１７２５は、交互反射表面（例えば、表面Ｓ１／Ｓ３およびＳ２／Ｓ４）を含む。交互表面は、互いに９７．５度の角度を形成する。表面は、ビームの方向を変えるために金属化されてよい。リフレクタ１７２５は、入射ビームの天頂角を（例えば、６０度から７５度に）増加させるように設計される。例えば、ビームＡは、６０度の天頂角でＳ１上に入射する。Ｓ１から方向を変えると、ビームＡは、７５度の天頂角で伝播する。しかしながら、ビームが交互表面（例えば、Ｓ２またはＳ４）にぶつかる場合、方向を変えられた天頂角は７５度ではない。例えば、ビームＢは、６０度の天頂角でＳ４にぶつかり、Ｓ３へ向けて方向を変え、４５度の天頂角でリフレクタ１７２５から離れる方向に変えられる。これは、ビーム損失をもたらし得る。Ｓ１／Ｓ３上に入射するビーム対Ｓ２／Ｓ４上に入射するビームの割合は、約５０％であり得る。したがって、ビームのかなりの部分は、７５度の天頂角に方向を変えない場合がある。
【００８０】
図１８は、第４の実施形態による、リフレクタ１８２５の断面図である。その表面の配置のため、リフレクタ１８２５は、リフレクタ１７２５より高い効率を有し得る。図１７の設計と同様に、リフレクタ１８２５は、入射ビームの天頂角を（例えば、６０度から７５度に）増加させ得る。リフレクタ１８２５は、リフレクタ１８２５に沿ってリッジ構造のアレイを形成する繰り返し表面のセット（例えば、表面Ｓ１〜Ｓ３）を含む。図１８の繰り返し表面の各セットは同一であるが、繰り返し表面の各セットは異なる場合がある（例えば、各セットは、異なる角度で光ビームの方向を変えるように配向される）。リフレクタ１８２５は、金属製であってよいか、または表面が、ビームの方向を変えるために金属化されてよい。表面を反射性にするための他の好適なアプローチも使用されてよい。リフレクタ１８２５の高さは、数マイクロメートル程度の小ささであり得る。
【００８１】
各リッジの前反射表面（または「第１の反射表面」）は、増加された天頂角で入射ビームの方向を変える角度で配向される。例えば、ビームＡは、６０度の天頂角でＳ１上に入射する。方向を変えると、ビームＡは、７５度の天頂角でリフレクタ１８２５から離れて伝播する。いくつかの状況では、リフレクタ１８２５を出る代わりに、方向を変えられたビームは、対向面（または「第２の反射表面」）にぶつかるであろう。例えば、ビームＢは、Ｓ１から方向を変えた後、Ｓ３にぶつかる。対向面は、ビームが、元の方向に、元の天頂角に等しいかまたは実質的に等しい（が、反対の符号を有する）発射角で変えられるように、傾いている。結果として生じるビームは、したがって、導波路１８０５の底面から（例えば、ＴＩＲを介して）方向を変えられ得、ビームが増加した仰角で戻されるか、またはさらにリッジ構造のアレイ中へ再び方向を変えられるかのいずれかであり得るリフレクタ１８２５の別のリッジへ向けて方向付けられ得る。結果として、リフレクタ１８２５は、ビームを元の天頂角（または実質的に元の天頂角）で導波路に向かって戻る方向に変える対向面のため、リフレクタ１８２５より高い効率を有し得る。
【００８２】
いくつかの実施形態では、導波路１８０５およびリフレクタ１８２５の合計の厚さは、反射の総数が減るように選ばれる。しかしながら、他の実施形態では、リフレクタ１８０５の効率は、図１７のものなどの代替の設計より依然として高くなり得る。
【００８３】
Ｆ．カプラ構造体の例
図１９は、実施形態による、カプラ構造体１９３０から方向を変えられたビーム経路の予想図を示す。ビームは、ＶＣＳＥＬなどのエミッタ１９１５から放射される。カプラ構造体１９３０はプリズムであり、エミッタカプラの一部であってよい。エミッタ１９１５は、エミッタアレイの一部であってよい。示された実施形態では、エミッタ１９１５は、導波路１９０５の底面の下にあり、カプラ構造体１９３０は、導波路１９０５の上面の上にある。光ビームは、エミッタ１９１５からカプラ構造体１９３０へ向かって伝播し、表面Ｓ１およびＳ２から方向を変える。光ビーム例１は、カプラ構造体１９３０のＳ１上に入射する。Ｓ１は、ビームがＴＩＲを介して導波路１９０５を通ってアクティブエリア１３１へ向かって伝播するように、ビームの方向を変える。Ｓ２は、Ｓ１を導波路の上面に接続することによって形成される。したがって、Ｓ２によって方向を変えられたビームは、望ましくない方向に、または望ましくない仰角で、方向を変えられ得る。これは、ビーム損失１９２０をもたらし得る。例えば、光ビーム２は、カプラ構造体１９３５のＳ２上に入射し、アクティブエリア１３１から離れる方向に変えられる。ビーム損失１９２０は、例えばリフレクタによって、そのようなビームを、アクティブエリア１３１に向かって戻る方向に変えることによって、低減され得る。
【００８４】
図２０は、実施形態による、エミッタまたはエミッタアレイ２０１５およびカプラ構造体２０３０の斜視図である。図１９と同様に、ビームは、ＶＣＳＥＬのアレイなどのエミッタアレイ２０１５から放射される。ビームは上方へ移動し、導波路の上面の上のカプラ構造体２０３０によって方向を変えられる。簡単にするために、導波路は示されていない。カプラ構造体２０３０は、エミッタカプラの一部であり得る。カプラ構造体２０３０は、光ビームが所定のパターンで伝播するように配置され得る。例えば、カプラ構造体２０３０は、光ビームが導波路全体にわたって均等に分配されるように配置され得る。さらに、カプラ構造体２０３０は、所定のパターンが異なる反射パターンを含むように、サブグループ内に配置され得る。例えば、１つ以上のカプラ構造体２０３０は、第１の仰角（例えば、３０度）でビームの方向を変える表面を有し得、他のカプラ構造体２０３０は、第２の仰角（例えば、１５度）でビームの方向を変える表面を有し得る。カプラ構造体２０３０の配置は、ほとんど全ての所望のビーム分布を達成するように選択されてよいことが理解されるべきである。
【００８５】
エミッタ２０１５は、単一のエミッタまたはエミッタアレイのいずれかであり得ることに留意されたい。単一のエミッタである場合、カプラ構造体２０３０の集団は、任意の複雑な方向分布にビームを分配するように配置され得、各方向について異なる有効なエミッタ位置を潜在的に有する。エミッタ２０１５がエミッタのアレイである場合、カプラ構造体２０３０の１つ以上は、アレイの各要素と関連し得、放射されたビームを任意の所望の一つまたは複数の方向に導き得る。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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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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