JP2008530641A

JP2008530641A - 反射光学系を組み込んだ導波路設計

Info

Publication number: JP2008530641A
Application number: JP2007553417A
Authority: JP
Inventors: ロビーチャーターズ; ベンジャミンコーニッシュ; デイヴィーズバリールーサー; ダックスククリ; グレイアムアトキンズ
Original assignee: アールピーオープロプライエタリーリミテッド
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2008-08-07
Also published as: WO2006081633A1; US7352940B2; CA2597009A1; TW200641659A; CN101194222A; EP1851610A1; KR20070103478A; US20060188196A1; AU2006209811A1

Abstract

本発明は、反射光学系（９３，９６）を使用して実質的に温度とは独立した仕方で光（９０）を光導波路（９１，９５）と光学素子との間で結合させる装置に関する。好ましい実施形態は、方物面形、準方物面形、楕円形又は準楕円形レフレクタ（９３，９６）を利用する。送光側要素及び受光側要素並びに関連の導波路（９１，９５）が、好ましくは、光パターン付け可能なポリマーから成る。

Description

本発明は、導波路を利用した光学タッチスクリーンセンサの光送受光学系の改良設計に関する。改良設計は、反射光学系を組み込んでおり、感温性（温度感受性）の低下及び光ロスの減少という利点を有する。しかしながら、理解されるように、本発明は、この特定使用分野には限定されず、任意の２つの光学素子相互間における光の結合に利用でき、これら光学素子のうちの少なくとも１つは、導波路である。

本明細書全体を通じて先行技術のどのような説明も、かかる先行技術が広く知られており又は当該技術分野における通常の一般的知識の一部をなしているという承認として決して考えられるべきではない。

図１は、米国特許第５，９１４，７０９号明細書、同第６，１８１，８４２号明細書、及び同第６，３５１，２６０号明細書並びに米国特許出願公開第２００２／００８８９３０号明細書及び同第２００４／０２０１５７９号明細書に記載されている光学タッチスクリーンセンサ１の動作原理を示している（これら特許文献を参照により引用し、これらの記載内容を本明細書の一部とする）。この光学タッチスクリーンセンサ設計では、一体形光導波路２，３が、スクリーンを横切って光ビーム４のアレイを放出し、次に、これらをスクリーンの他方の側で集め、そしてこれらを位置検知形（位置敏感）検出器に導くために用いられている。タッチ事象５（例えば、指又はスタイラスによる）が、陰影（シャドウ）６として検出され、位置が、触れた物体により遮断される特定のビームから決定される。タッチスクリーンセンサは、通常、二次元であって長方形であり、スクリーンの隣り合う側部に沿って設けられた送光側導波路の２つのアレイ（Ｘ，Ｙ）及びスクリーンの他の２つの側部に沿って設けられた受光側導波路の２つの対応のアレイを備えている。送光側の一部として、一実施形態では、単一の光源（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）又は垂直共振器表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ））が、Ｘ送光側アレイとＹ送光側アレイの両方を形成する複数の導波路中に光を放出する。別の実施形態では、別個の光源が、Ｘ送光側アレイ及びＹ送光側アレイの各々について用いられる。送光側に関する既存の設計では、導波路アレイは、光を光源から列状に配置されたレンズ７まで案内し、かかるレンズ列は、案内された光ビームを水平（即ち、ｘ，ｙ）平面内で拡張し、次に、これら光ビームがスクリーンフェースを横切って送り進められているときにこれらを水平面内にコリメートする。鉛直面内でのコリメーションは、図１には示されていない外部垂直コリメーションレンズ（ＶＣＬ）、例えば円柱レンズによって達成できる。受光側は、送光側と本質的に同一であり、各側では、導波路及びレンズのアレイは、スクリーンのベゼル内に位置決めされる。米国特許出願公開第２００４／０２０１５７９号明細書は、スクリーンを横切って送り進められる光ビームは、好ましくは、光の「単層」（即ち、薄いシート）を形成し、より好ましくは、強度が実質的に一様な単層を形成することを教示している。別々のビームをかなり暗い領域により分離する別法と比較して、光の単層は、Ｘ，Ｙ受光側アレイと関連した光検出器の所要の動的範囲を最小限に抑え、位置検出アルゴリズムのグレースケール内挿を向上させ、薄い接触物体がビームにより捉え損なわれる恐れを最小限に抑える。個別ビーム方式も又、製造プロセスを複雑にする。というのは、受光側導波路は、送信側導波路と精確に位置合わせされる（水平面内で）必要があり、光の単層の場合、受光側導波路の水平方向位置決めは、重要ではないからである。したがって、この種の光学タッチスクリーンセンサは、別々のビームで動作できるが、ビームができるだけ単層に近いことが好ましい。

図２は、米国特許出願公開第２００２／０１９７０１０号明細書に記載された形式の光伝送装置２０の動作原理を示しており、この特許文献を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。図２に示す装置２０は、光を別々の基板（図示せず）上に形成された２つの一体形光導波路２１，２２相互間に結合するのに役立つ。当業者であれば理解されるように、光導波路は、典型的には、小さな構造体（１０μｍ×１０μｍのオーダのもの）なので高価な能動的位置合わせ方式を利用しないで光をこれらの間に効率的に結合するのは困難である。したがって、位置合わせ公差を甘くするために或る種のビーム拡張デバイス、例えば図２に示すビーム拡張デバイスを用いることが好ましい。図２に示す特定のデバイスでは、導波路２１に沿って伝搬した光２３は、拡張されて導波路２１に一体に形成されたプレーナレンズにより水平面（紙面）内にコリメートされ、次に、外部円柱レンズ２５により円直面又は垂直面内にコリメートされて拡張されたビーム２６を生じさせる。同様な対をなす円柱レンズ２７とプレーナレンズ２８は、光を導波路２２中に合焦させる。

米国特許出願公開第２００２／０１９７０１０号明細書に開示されているように、図２に示されている基本設計は、共通基板上に形成された複数の入力導波路２１及びプレーナレンズ２４並びに第２の共通基板上に形成された同様な複数の出力導波路２２及びプレーナレンズ２８を備え、更に、全ての入力導波路２１に共通の単一の円柱レンズ２５及び全ての出力導波路２２に共通の単一の円柱レンズ２７を備えたマルチチャネル伝送装置を提供するよう拡張できる。理解されるように、かかる状況では、図１及び図２に示す装置の光学系は、多くの類似点を有している。関連の伝送装置では、プレーナレンズ２８及び外部レンズ２７を備えた導波路２２に代えて、別の光学素子、例えば光源又は検出器を用いることができる。

コスト及び作製の容易さの理由で、多くの光導波路用途では、光パターン付け可能なポリマー材料で導波路及び（又は）関連のレンズを形成することが非常に好ましい。ポリマーは、−１〜−４×１０^-4／℃という大きな熱光学係数、即ち、屈折率の温度の変化率（ｄｎ／ｄＴ）を有することが知られている。これら大きなｄｎ／ｄＴ値は、有利には、熱光学素子、例えばスイッチ、チューナブル格子を及び可変光減衰器に使用できる（これについては、例えば、米国特許第６，４３４，３１８号明細書及びエル・エルダダ（L. Eldada）及びエル・ダブリュ・シャックレッテ（L.W. Shacklette）著，「アドバンシズ・イン・ポリマー・インタグレーテッド・オプティクス（Advances in polymer integrated optics）」，第６巻第１号，アイトリプルイー・ジャーナル・オブ・セレクテッド・トピックス・イン・クワンタム・エレクトロニクス（IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics），２０００年，ｐ．５４−６８を参照されたい）。しかしながら、或る特定の用途、例えば、図１の光学タッチスクリーンセンサ及び図２の伝送装置では、大きなｄｎ／ｄＴは不利である。というのは、周囲温度の控え目なばらつき、例えば、−１０℃〜５０℃の動作範囲を超えるばらつきは、ポリマー／空気インターフェイスのところでの屈折角を変えるので図１及び図２のプレーナレンズのところでの水平コリメーションに悪影響を及ぼす。これは、屈折が、スネルの法則（ｎ_iｓｉｎθ_i＝ｎ_tｓｉｎθ_t）により定まり、屈折率ｎ_i，ｎ_tのうちの一方又は両方における温度により誘発されるばらつきは、もし入射角θ_iがゼロ（即ち、法線入射）でない場合には屈折角θ_tを変えることになるからである。図１に示すような光学タッチスクリーンの動作にあたり、この屈折の温度依存性は、ポリマー材料で作られていて、スクリーンを横切ってコリメートされたビームを放出し、これらを他方の側で受け取るよう設計された光学系は、或る特定の温度範囲にわたりそのようにするしかないことを意味している。温度が桁違いにドリフトした場合、送光側での放出角度及び（又は）受光側での受け入れ角度のばらつきは、集光効率を減少させ、システム中における光ロスの源となる。さらに、迷光が、隣り合う受光レンズにより集められる場合があり、場合によっては、タッチ事象の位置の判定に誤差を生じさせる。これと同様に、図２に示す伝送装置の導波路２１，２２及びプレーナレンズ２４，２８がポリマーで構成されている場合、温度のばらつきは、導波路２１，２２相互間の結合効率に影響を及ぼすことになる。米国特許出願公開第２００２／０１９７０１０号の発明者は、外部円柱レンズ２５，２７に対する温度のばらつきの影響を考慮しているが、プレーナレンズ２４，２８がたとえ好ましくはポリマー材料で構成されていても、プレーナレンズ２４，２８に対する影響を考慮していない。

この場合、この感温性（温度感受性）に関する問題の解決策が要望されている。１つの考えられる解決策は、熱光学係数が非常に小さな導波路材料、例えばシリカ（石英）（ｄｎ／ｄＴ〜＋１×１０^-5／℃）を用いることである。しかしながら、石英ガラス導波路は、製作機器と処理時間の両面で製作するのに費用が極めて高くつくので、大量生産消費者エレクトロニクスデバイス、例えば光学タッチスクリーンセンサの単なるオプションではない。もう１つの考えられる解決策は、ポリマー範囲の下限のところに例えば約−１×１０^-4／℃の熱光学係数を備えたポリマーを用いることである。しかしながら、これは、シリカの熱光学係数よりも依然として桁違いに大きく、したがって、感温性は、依然としてかなり高いであろう。また、ポリマーが低いｄｎ／ｄＴを有する場合、このポリマーは、常にそのガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低く、即ち、このポリマーは、そのガラス状態にあり、米国特許第６，２３６，７７４号明細書に説明されているように、ポリマー導波路の長期間安定性に関し、Ｔｇよりも高い温度で動作することが好ましく、この場合、ｄｎ／ｄＴは、ポリマー範囲の高い方の端にあるであろう。

既存の光学タッチスクリーン設計の送光側レンズ及び受光側レンズも又、組み立てのしやすさのため、光学タッチスクリーンのそれぞれの側に沿って設けられた各アレイ中の全ての送光側又は受光側レンズについて単一のＶＣＬを用いることが有利な場合、垂直面へのコリメーションに関して問題に遭遇する。先行技術の送光側レンズ３０の湾曲端フェース３１に対するＶＣＬの位置決め法が、図３ａ（平面図）及び図３ｂ（側面図）に示されている。理解できることとして、湾曲端フェース３１全体をＶＣＬ３３の焦点面３２のところに位置決めすることは不可能である。したがって、射出光線３４を垂直方向に完全にコリメートすることは可能であるが、これは、光線３５，３６についてはそうではない。垂直方向におけるビームの避けられない広がりは、先行技術の設計における光出力ロスのもう１つの原因である。理解されるように、同じ問題が、図２に示された先行技術の伝送装置に当てはまる。

基板がピクチャー中に導入されると、もう１つの問題が生じる。先行技術の送光側レンズ３０の場合、図４ａ（平面図）及び図４ｂ（側面図）は、基板４１上の案内層４０を示しており、これら２つの間には、ＶＣＬ３３の近くに光バッファ層４２がオプションとして設けられている。基板４１を湾曲端フェース３１の近くで切断することができるが（例えば、ダイシングソー又はレーザ切断により）、端フェースは、その一体性を保持しなければならない光学面であることは理解されよう。図４ｂは、端フェースの曲率のために、射出光線４３のうちの何割かが特にレンズのエッジの近くで基板４１及びバッファ層４２により遮断される（「シャドーイングされる」）のを回避することは困難であることを示している。これは、先行技術のシステムにおける光損失の更に別の源であり、理論的には基板を異形状態に切断することによりシャドーイング効果を回避することが可能であるが、これは、極めて精度の高いレーザ切断を必要とし、安価なデバイスの製造を行う上では全く非実用的である。

既存の設計の送光側及び受光側レンズに関する更に別の問題は、湾曲端フェースが空気／レンズ材料インターフェイスを備えなければならないということである。したがって、米国特許出願公開第２００５／００８９２９８号明細書に説明されているように、上側被覆（導波路の機械的保護にとって非常に望ましい）を被着させているとき、この被覆は、これが湾曲端フェースを覆わないようにパターン付けされなければならない。しかしながら、この場合、湾曲端フェースが例えば光学タッチスクリーンセンサの組み立て中に損傷を受ける恐れがある。

本発明の目的は、先行技術の欠点のうちの少なくとも１つを解決し又は改善し、或いは有用な代替策を提供することにある。

米国特許第５，９１４，７０９号明細書米国特許第６，１８１，８４２号明細書米国特許第６，３５１，２６０号明細書米国特許出願公開第２００２／００８８９３０号明細書米国特許出願公開第２００４／０２０１５７９号明細書米国特許出願公開第２００２／０１９７０１０号明細書米国特許第６，４３４，３１８号明細書米国特許第６，２３６，７７４号明細書米国特許出願公開第２００５／００８９２９８号明細書エル・エルダダ（L. Eldada）及びエル・ダブリュ・シャックレッテ（L.W. Shacklette）著，「アドバンシズ・イン・ポリマー・インタグレーテッド・オプティクス（Advances in polymer integrated optics）」，第６巻第１号，アイトリプルイー・ジャーナル・オブ・セレクテッド・トピックス・イン・クワンタム・エレクトロニクス（IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics），２０００年，ｐ．５４−６８

この目的のため、本発明の第１の特徴は、電子機器用の入力装置であって、
少なくとも１つの光源と、
複数の光検出素子のところの光強度を検出する少なくとも１つの多素子光検出器と、
平面を備えた入力領域と、
関連の第１の組をなす反射素子を備えた第１の組をなす導波路及び各々が第１の屈折率を備えた材料で構成されている第２の組をなす導波路を含む導波路構造体とを有し、
前記光源は、光を関連の第１の組をなす反射素子を備えた前記第１の組をなす導波路中に結合し、
前記第１の組をなす導波路は、前記光を前記関連の前記第１の組をなす反射素子に差し向け、
前記関連の第１の組をなす反射素子は、前記光を前記入力領域の前記平面内にコリメートして第１のグリッドをなす光ビームを生じさせ、
前記第１のグリッドをなす光ビームは、前記入力領域を第１の方向に横切り、前記第２の組をなす導波路により前記多素子光検出器の前記光検出素子に差し向けられることを特徴とする入力装置を提供する。

一実施形態では、前記関連の第１の組をなす反射素子を備えた前記第１の組をなす導波路は、光のビームを前記入力領域を横切って前記第２の組をなす導波路の対応の導波路に向かって送る。好ましくは、前記第２の組をなす導波路は、前記光のビームを前記入力領域の前記平面内に合焦させる関連の第２の組をなす反射素子を有する。

好ましくは、前記関連の第１の組をなす反射素子の各反射素子は、湾曲反射面及び出力フェースを備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記関連の導波路から前記プレーナスラブ領域に入り、前記湾曲反射面で反射し、それによりコリメートされて向きが変えられ、そして、前記出力フェースを前記第１の方向に出る。

好ましくは、光は、全反射により前記湾曲反射面で反射する。

一実施形態では、前記湾曲反射面は、凹面である。

一実施形態では、前記湾曲反射面は、放物面である。好ましくは、前記湾曲反射面は、軸外れ放物面鏡素子である。

別の実施形態では、前記湾曲反射面は、楕円である。

より好ましくは、前記関連の第２の組をなす反射素子の各反射素子は、入力フェース及び湾曲反射面を備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記入力フェースを通って前記第１の方向で前記プレーナスラブ領域に入り、前記湾曲反射面に当たり、それにより向きが変えられて前記関連の導波路中に合焦される。

好ましくは、前記湾曲反射面は、凹面である。

別の実施形態では、前記湾曲反射面は、楕円である。

本発明の第２の特徴は、電子機器用の入力装置であって、
少なくとも１つの光源と、
複数の光検出素子のところの光強度を検出する少なくとも１つの多素子光検出器と、
平面を備えた入力領域と、
関連の第１の組をなす反射素子を備えた第１の組をなす導波路、関連の第３の組をなす反射素子を備えた第３の組をなす導波路、第２の組をなす導波路及び各々が第１の屈折率を備えた材料で構成されている第４の組をなす導波路を含む導波路構造体とを有し、
前記光源は、光を前記関連の第１及び第３の組をなす反射素子を備えた前記第１及び第３の組をなす導波路中に結合し、
前記第１及び第３の組をなす導波路は、前記光を前記関連の第１及び第３の組をなす反射素子に差し向け、
前記関連の第１及び第３の組をなす反射素子は、前記光を前記入力領域の前記平面内にコリメートして第１及び第２のグリッドをなす光ビームを生じさせ、
前記第１のグリッドをなす光ビームは、前記入力領域を第１の方向に横切り、前記第２の組をなす導波路により前記多素子光検出器の第１の組をなす光検出素子に差し向けられ、前記第２のグリッドをなす光ビームは、前記入力領域を前記第１の方向とは異なる第２の方向に横切り、前記第４の組をなす導波路により前記多素子光検出器の第２の組をなす光検出素子に差し向けられることを特徴とする入力装置を提供する。

好ましくは、前記第１及び第３の組をなす導波路及び前記関連の第１及び第３の組をなす反射素子は、光のビームを前記入力領域を横切って前記第２及び第４の組をなす導波路の対応の導波路に向かって送る。

好ましくは、前記第２及び第４の組をなす導波路は、前記光のビームを前記入力領域の前記平面内に合焦させる関連の第２及び第４の組をなす反射素子を有する。

好ましくは、前記関連の第１の組をなす反射素子の各反射素子は、湾曲反射面及び出力フェースを備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記関連の導波路から前記プレーナスラブ領域に入り、前記湾曲反射面で反射し、それにより、コリメートされて向きが変えられ、そして前記出力フェースを前記第１の方向に出て行き、
前記関連の第３の組をなす反射素子の各反射素子は、湾曲反射面及び出力フェースを備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記関連の導波路から前記プレーナスラブ領域に入り、前記反射面で反射し、それによりコリメートされて向きが変えられ、そして前記出力フェースを前記第２の方向に出る。

好ましくは、前記湾曲反射面は、凹面である。一実施形態では、前記湾曲反射面は、放物面である。

好ましくは、前記湾曲反射面は、軸外れ放物面鏡素子である。

一実施形態では、前記湾曲反射面は、楕円である。

好ましくは、前記関連の第２の組をなす反射素子の各反射素子は、入力フェース及び湾曲反射面を備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記入力フェースを通って前記プレーナスラブ領域に前記第１の方向に入り、前記湾曲反射面にわたり、それにより、向きが変えられて前記関連の導波路中に合焦され、
前記関連の第４の組をなす反射素子の各反射素子は、入力フェース及び湾曲反射面を備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記入力フェースを通って前記プレーナスラブに前記第２の方向で入り、前記湾曲反射面にわたり、それにより向きが変えられて前記関連の導波路中に合焦される。

好ましくは、前記湾曲反射面は、凹面である。

別の実施形態では、前記湾曲反射面は、楕円である。

好ましくは、前記入力領域は、四角形であり、前記関連の第１及び第３の組をなす反射素子をそれぞれを備えた前記第１及び第３の組をなす導波路は、前記入力領域の隣り合う第１及び第３の縁に沿って配置され、前記関連の第２及び第４の組をなす反射素子をそれぞれ備えた前記第２及び第４の組をなす導波路は、前記入力領域の隣り合う第２及び第４の縁に沿って配置されている。

好ましくは、前記入力領域は、長方形であり、前記第２の方向は、前記第１の方向に実質的に垂直である。

好ましくは、前記関連の第１、第２、第３及び第４の組をなす反射素子をそれぞれ備えた前記第１、第２、第３及び第４の組をなす導波路は、真っ直ぐであり且つ前記入力領域の対応の前記縁に平行な端フェースで終端している。

好ましくは、前記第１の方向は、前記入力領域の前記第１及び第２の縁に実質的に垂直であり、前記第２の方向は、前記入力領域の前記第３及び第４の縁に実質的に垂直である。

一実施形態では、ユーザが、前記入力領域と相互作用することにより入力を前記電子機器にもたらす。好ましくは、前記ユーザは、指又はスタイラスにより前記入力領域と相互作用する。

一実施形態では、前記導波路構造体は、フォトリソグラフィー技術により構成された構造体である。変形例として、前記導波路構造体は、成形構造体である。

一実施形態では、第１の屈折率を備えた前記材料は、誘電体材料である。好ましくは、前記誘電体材料は、ポリマーである。

一実施形態では、前記関連の第１の組をなす反射要素は、温度とは実質的に独立した仕方で前記光をコリメートする。

好ましくは、前記関連の第２の組をなす反射要素は、温度とは実質的に独立した仕方で前記光のビームを合焦させる。

好ましくは、前記関連の第１及び第３の組をなす反射要素は、温度とは実質的に独立した仕方で前記光をコリメートする。

好ましくは、前記関連の第４の組をなす反射要素は、温度とは実質的に独立した仕方で前記光のビームの合焦させる。

一実施形態では、本発明は、前記第１及び第２の組をなす導波路の端の近くに設けられていて、前記第１のグリッドをなす光ビームを前記入力領域平面に垂直な方向にコリメートする第１及び第２の外部レンズを更に有する。

一実施形態では、本発明は、前記第３及び第４の組をなす導波路の端の近くに設けられていて、前記第２のグリッドをなす光ビームを前記入力領域平面に垂直な方向にコリメートする第３及び第４の外部レンズを更に有する。

一実施形態では、本発明は、
前記第１及び第２の組をなす導波路の端の近くに設けられていて、前記第１のグリッドをなす光ビームを前記入力領域平面に垂直な方向にコリメートする第１及び第２の外部レンズと、
前記第３及び第４の組をなす導波路の端の近くに設けられていて、前記第２のグリッドをなす光ビームを前記入力領域平面に垂直な方向にコリメートする第３及び第４の外部レンズとを更に有し、前記第１、第２、第３及び第４の組をなす導波路の前記端は、真っ直ぐであり、前記前記第１、第２、第３及び第４の外部レンズの焦点面内に配置されている。

一実施形態では、本発明は、前記第１、第２、第３及び第４の組をなす導波路の前記端と前記第１、第２、第３及び第４の外部レンズとの間に第２の屈折率を備えた透明な材料を更に有する。好ましくは、前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率に実質的に等しい。

好ましくは、前記第２の屈折率を備えた前記透明な材料は、各外部レンズをそのそれぞれの組をなす導波路に取り付ける接着剤である。好ましくは、前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率に実質的に等しい。

本発明の第３の特徴は、一体形成された反射端部構造体を備えると共に基板上に形成された第１の光導波路を有する光伝送装置であって、前記反射端部構造体は、光を前記第１の光導波路と光学素子との間に結合する湾曲した内側反射面を有することを特徴とする光伝送装置を提供する。

好ましくは、前記湾曲内側反射面は、光を前記基板の平面内に合焦させる。

一実施形態では、前記湾曲内側反射面は、放物面である。好ましくは、前記湾曲内側反射面は、軸外れ放物面鏡素子である。

別の実施形態では、前記湾曲内側反射面は、楕円である。

好ましくは、前記第１の光導波路及び前記一体形成反射端部構造体は、誘電体材料から成る。より好ましくは、前記誘電体材料は、ポリマーである。

好ましくは、前記第１の光導波路及び前記一体形成反射端部構造体は、フォトリソグラフィー技術により形成されている。変形例として、前記第１の光導波路及び前記一体形成反射端部構造体は、成形技術により形成されている。

好ましくは、前記反射端部構造体は、光を温度とは実質的に独立した仕方で前記第１の光導波路と前記光学素子との間に結合する。

一実施形態では、前記光学素子は、光源を有し、前記反射端部構造体は、前記光源からの光を前記第１の光導波路中に結合する。好ましくは、本発明は、前記第１の光導波路と前記光源との間に設けられていて、光を前記基板に垂直な方向に合焦させる外部レンズを更に有する。

別の実施形態では、前記光学素子は、検出器を有し、前記反射端部構造体は、光を前記第１の光導波路から前記検出器中に結合する。好ましくは、本発明は、前記第１の光導波路と前記検出器との間に設けられていて、前記光を前記基板に垂直な方向に合焦させる外部レンズを更に有する。

さらに別の実施形態では、前記光学素子は、一体形成反射端部構造体を備えると共に第２の基板上に形成された第２の光導波路を有し、前記反射端部構造体は、湾曲した内側反射面を有する。好ましくは、本発明は、前記第１の光導波路の端の近くに設けられた第１の外部レンズと、前記第２の光導波路の端の近くに設けられた第２の外部レンズとを更に有し、前記第１及び第２の外部レンズは、光を前記基板に垂直な方向に合焦させる。

好ましくは、本発明は、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に設けられた入力領域を更に有する。

本発明の第４の特徴は、一体形成されていて湾曲内側反射面を有する反射端部構造体を備えると共に基板上に形成された第１の光導波路と、一体形成されていて湾曲内側反射面を有する反射端部構造体を備えると共に第２の基板上に形成された第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に設けられた入力領域とを有する光伝送装置を少なくとも１つ有する電子機器用入力装置を提供する。

次に、添付の図面を参照して本発明を説明するが、これは例示に過ぎない。

米国特許第５，９１４，７０９号明細書、同第６，１８１，８４２号明細書、及び同第６，３５１，２６０号明細書並びに米国特許出願公開第２００２／００８８９３０号明細書及び同第２００４／０２０１５７９号明細書に開示されていて、図１に概略的に示されている導波路利用光学タッチスクリーンセンサ技術は、携帯電話、コンピュータ、ゲーム及び携帯型情報端末（ＰＤＡ）を含む種々の消費者用電子機器に利用できる可能性を有している。かかる機器にとって受け入れ可能であるためには、種々のコンポーネントを許容レベルのコストで製作して組み立てることが必要不可欠である。例えば米国特許第４，３０１，４４７号明細書に開示されているように光源と検出器の対をなすアレイを利用する方式と比較して、この導波路利用技術は、光源と検出器を１つしか必要とせず、それにより相当なコスト上の利点が得られる。導波路及び関連のコリメート光学系はこのタッチスクリーンセンサ技術のイネーブルコンポーネントである場合、これらを安価に且つポリマー材料でしか満たすことができない要件の下で大量生産できることが必要である。

フォトリソグラフィー技術／湿式現像法を用いて処理できる光硬化性ポリマーは、これらをパターン付けできる条件（例えば、ＵＶ暴露に続く溶剤による現像）が容易且つ穏やかであり、しかも処理機器が比較的安価なので特に好ましい。ポリマー導波路を製作する他の安価な方法は、成形及び（又は）エンボス加工を利用しており（これについては例えば米国特許第５，２３０，９９０号明細書及び同第５，２６５，１８４号明細書を参照されたい）、この場合、導波路は、マスタ又はモールドをいったん得ると繰り返し製造できる。光硬化性ポリマーは、これらを成形プロセス中に所望に応じて硬化させる（即ち、凝固させる）ことができるので、かかる方法に特に適している。

光硬化性ポリマーの例としては、アクリレート及びシロキサンが挙げられる。材料のうち特に適した一等級は、例えば米国特許第６，８００，７２４号明細書及び同第６，８１８，７２１号明細書に開示されてい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材料に対して優れた付着性を備えている。光開始剤又は熱開始剤を添加すると、硬化速度を増大させることができる。市販の光開始剤の例としては、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン（Irgacure 184）、２−メチル−１［４−メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン（Irgacure 907）、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン（Irgacure 651）、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（Irgacure 369）、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−オン（Darocur 1173）、ベンゾフェノン（Darocur BP）、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−オン（Irgacure 2959）、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が挙げられる。可視光で硬化するため、開始剤は、例えば、カンファーキノンであるのが良い。２種類又は３種類以上の光開始剤の混合物も又使用できる。例えば、Irgacure 1000は、８０％Darocur 1173と２０％Irgacure 184の混合物である。熱硬化のため、過酸化物（例えば、過酸化ジベンゾイル）、ペルオキシジカーボネート、過酸エステル（ｔ−ブチルペルベンゾエート）、ペルケタル、ヒドロペルオキシドの形態をした有機過酸化物並びにＡＩＢＮ（アゾビシソブチロニトリル）を開始剤として使用するのが良い。

他の添加剤、例えば安定剤、可塑剤、コントラスト増強剤、染料又は充填剤を添加すると、ポリマーの性質を必要に応じて向上させることができる。

光パターン付け又は成形による導波路の製作に適したポリマー材料の薄膜を種々の方法により基板上に被着させることができ、かかる方法としては、スピンコーティング、浸漬コーティング、メニスカスコーティング、押し出しコーティング及びスロットコーティングが挙げられる。光パターン付けのため、これら薄膜を次に例えばマスクアライナ又はステッパ中のマスクを介するかレーザ直接描画方式によるかのいずれかで光に暴露させるのが良く、マスクを介する暴露は、一般に、高い繊細スループットを得る上で一般的に好ましい。

以下において、光学タッチスクリーンセンサの動作波長が８５０ｎｍであり、導波路及び関連のコリメート／合焦光学系が２５℃において１．５３１５の屈折率ｎ（８５０ｎｍの場合）及びｄｎ／ｄＴ＝−２．８×１０^-4／℃の熱光学係数を備えたシロキサンポリマーＡで構成されていると仮定する。当業者であれば理解されるように、これに代えてこれとは異なる屈折率及びｄｎ／ｄＴ値を持つ別の種類のポリマーを用いる場合、先行技術の屈折送光側及び受光側光学系は、新たな屈折率に合うように再設計可能であるが、感温性は、そのままであろう。

実施例１
この実施例は、光学タッチスクリーンセンサの一部をなす対をなす１組の先行技術の送光側及び受光側レンズの感温性を示すよう設計されている。図５は、各々がポリマーＡで構成され、互いに鏡像関係をなす送光側レンズ５０と受光側レンズ５１を示している。この実施例では、これらレンズは、完全に水平面内に位置合わせされていると仮定され、即ち、これらレンズは、光軸５２を共有していると見なされる。タッチスクリーンの幅、即ち、レンズの先端から先端までの離隔距離５３は、６５ｍｍであり、ビームを垂直（紙面から出る）方向にコリメートする円柱レンズは、図面を分かりやすくするために省かれている。点５０２，５０３のところでレンズ５０，５１の端に入る導波路５４，５５は、両方共幅が８μｍであり、それぞれのレンズの対称軸線と整列している。各レンズ５０，５１は、長さが１４６０μｍの直線部分５６及び７５０μｍの幅５７を有し、各レンズは、曲率半径５７０μｍの円弧である湾曲面５８，５０１で終端している。理想的には、光源からの光５９は、送光側レンズ５０の端に入り、角度２φの範囲内で広がり、そして湾曲面５８のところでコリメートされて（水平面内で）ビームとなり、このビームは、スクリーンを横切って湾曲面５０１に至り、ここで、受光側導波路５５中に合焦されて検出器素子まで案内される。上述したように、スクリーンを横切って送り進められる光ビームは、別々のビームではなく光の単層を形成することが好ましい。図５に関し、これは、発散角φが湾曲面５８を光で満たすような値（この実施例では、１４．４°）にできるだけ近くあるべきであることを意味している。実際には、発散角は、主として、導波路５４の幅及びこの中に案内される光モードの数並びに非常に僅かな程度であるが、ポリマー材料の屈折率によって決まる。

説明を簡単にするために、幾何学的光線光学系方式が、この実施例及び以下の全ての実施例において光の伝搬をモデル化するために用いられている。タッチスクリーンを横切る光の屈折を無視し、点源（例えば、図５では点５０２のところ）であると仮定する。また、光は、垂直面内で完全にコリメートされると仮定する。

図６は、受光側レンズ５１及び送光側レンズ（図示せず）から放出され、タッチスクリーンを横切った選択された到来光線６０，６１，６２を示している。望ましい状況が、光線６０で示されており、この光線は、湾曲面５０１に当たり、屈折して導波路５５に入る（即ち、対称軸線から４μｍ以内で後面６３に当たる）。到来光線が導波路５５に入らない２つの考えられる状況が存在し、これらは、送光／受光システムにおける光ロスの潜在的な源である。第１に、光線６１は、湾曲面５０１を外れ、第２に、光線６２は、湾曲面５０１で屈折するが、導波路５５には入らない。光線、例えば受光側レンズを外れた光線６１は、これらを隣接の受光側レンズによって集めることができるので特に問題である。

対をなす送光側／受光側レンズシステムの性能は、光線を発散角φにおいてφ＝１４．４°の最大値まで０．２°の増分で選択し、これら光線をシステム中に伝搬させてこれら光線が受光側導波路により集められたかどうかを判定することによって計算され、受光側導波路により集められた光線の一部が、システムの効率を決定する。この方法は、送光側レンズ中に放出された光の強度分布Ｉ（φ）が一様であるという単純な状況を想定していることに注目されたい。Ｉ（φ）の実際の形は、送光側導波路５４中の光モードの数で決まり、導波路はマルチモードであるよう設計されているので、複雑な関数である可能性が多分にある。一般に、導波路のマルチモード度が高ければ高いほど、Ｉ（φ）はそれだけ一層一様になるであろう。Ｉ（φ）の実際の形とは無関係に、計算は、温度のばらつきがシステムの効率に影響を及ぼすという特質を示すのに役立つ。この計算は、まず最初に、標準の動作温度であると考えられる２５℃で実施され、妥当な動作温度範囲の限度である５０℃及び−１０℃で繰り返された。これら温度でのポリマーＡの屈折率が、以下の表１に記載されている。

温度／℃ ポリマーＡの屈折率
−１０１．５４１３
２５１．５３１５
５０１．５２４５
表１

図７ａは、２５℃（線７０）、−１０℃（線７１）及び５０℃（線７２）での発散角φの関数として受光側レンズの集光効率（即ち、送光側レンズ５０から放出されて湾曲面５０１に当たった光線の割合）を示している。同様に、図７ｂは、２０℃（線７３）、−１０℃（線７４）及び５０℃（線７５）での全体としてのシステムの効率（即ち、湾曲面５０１に当たり且つ受光側導波路５５に入った光線の割合）を示している。各温度に関し、受光側レンズにより集められた光線の最大角度φ（即ち、線７０，７１，７２が１００％下回る下限としての角度）が、以下の表２に記載されている。この値よりも大きなφで送光側導波路から出た光線は、失われ、そして隣接の受光側導波路により集められる場合がある。このようにすることにより、システムは、５０℃で最高性能を発揮することが理解できる。ただし、温度効果は、ほどほどである。

温度／℃ 受光側レンズにより集められた光線の最大角度φ
−１０９．６°
２５１０．４°
５０１１．０°
表２

次に、送光／受光システムの集光効率を全体として（図７ｂ）考慮して、表３は、各温度に関し、受光側導波路による１００％集光が可能な最大光線角度φ及び送光側レンズのフィルファクタが１／３（φ＝４．８°）、２／３（φ＝９．６°）及び１（φ＝１４．４°）である場合に関するシステム効率を記載している。この場合、−１０〜５０℃の動作範囲内における温度のばらつきは、多大な影響を持つことが理解できる。全ての光線が受光側レンズにより集められるフィルファクタが２／３の場合（表２）、受光側導波路での集光効率は、２５℃においては事実上１００％のままである。しかしながら、これは、−１０℃では８０％に下がり、５０℃では４８％に下がり、このことは、光パワーの相当なロスがあることを示している。

驚くべきことに、システム効率（表３）は、たとえ受光側レンズの集光効率（表２）が５０℃で最善であっても、この温度では最悪である。明らかなこととして、受光側レンズに入る全ての光が受光側導波路に入るよう正しく屈折するとは仮定できない。
実施例１では、レンズの湾曲面は、円弧である。高い屈折率ｎ₂の媒体（例えば、ポリマー）中に位置する点源から出た全ての光線を楕円レンズ表面により低い屈折率ｎ₁の媒体（例えば、空気）中に完全にコリメートされた仕方で屈折させることができる（点源が、楕円の遠い方の焦点のところに位置し、楕円の偏心率ｅがｎ₁／ｎ₂に等しいことを条件として）ことは、幾何光学（イー・ヘック（E. Hecht）著，「オプティクス（Optics）」，第２版，アディソン−ウェズレー（Addison-Wesley），１９８７年，ｐ１３０−１３１）の周知の結果である。この状況（これは、逆のことも当てはまることは明らかである（コリメートされたビームの完全な合焦））が、図８に示されている。この結果から、所与の温度では、レンズ表面が適切な偏心率を持つ楕円のセグメントであれば、最高１までの（１を含む）任意のフィルファクタについて送光側／受光側レンズシステムにおいて１００％の集光効率を達成することが可能である。フォトリソグラフィー技術では、これは、適当なマスクがいったん得られると容易であろう。しかしながら、温度のばらつきがあると、これは、ｎ₂を変化させ、その結果、レンズ表面がもはや完全なコリメーション及び合焦を提供せず、その結果、もう１度集光効率が減少することになる。

導波路利用光学タッチスクリーンセンサに関する送光側／受光側レンズシステムの感温性の根本的な原因は、ポリマーレンズ材料の屈折率が温度依存性であることにあり、その理由は、光線が２つの媒体のインターフェイスのところで屈折すると、入射角及び屈折角（かかる角度の正弦）は、媒体の屈折率の比に関連付けられる（スネルの法則）からである。これとは対照的に、光線が２つのインターフェイスのところで反射すると入射角及び反射角は、媒体の屈折率とは無関係に常に等しい。したがって、光を送光側でコリメートし、これを受光側で集めるための反射手段が案出されると、システムは、本質的に温度独立性である。ポリマー／空気インターフェイスのところでの入射角がθ_c＝ｓｉｎ^-1（ｎ_air／ｎ_polymer）で与えられた臨界角度を超えると、特に好ましい状況が生じ、この場合、反射は、１００％である（全反射又はＴＩＲと呼ばれている状態）。ｎ_air＝１の場合、−１０℃、２５℃及び５０℃においてポリマーＡと空気との間のインターフェイスに関する臨界角度は、以下の表４に記載されている。−１０℃〜５０℃の範囲におけるθ_cの温度依存性は、取るに足りず、示されているように、入射角が常にθ_cを超える反射送光／受光システムを設計することは、容易である。

温度／℃ ｎ_polymer θ_c
−１０１．５４１３４０．４５°
２５１．５３１５４０．７６°
５０１．５２４５４０．９９°
表４

図９は、光学タッチスクリーンセンサの送光側素子及び受光側素子中に反射光学系を組み込む一般的な原理を示している。送光側では、送光側導波路９１から出た光９０は、レフレクタ９３によりビーム９４として表示領域９２を横切って差し向けられ、次に、レフレクタ９６により受光側導波路９５中に合焦される。一般に、レフレクタ９３，９６は、コリメートされた又は収束ビーム９４を生じさせるのに適した凹状湾曲形状を有するのが良い。各レフレクタは、例えば、円、楕円、放物線若しくは双曲線又は多項方程式により得られる任意の曲線の一部から成るのが良い。各レフレクタは又、湾曲した表面に近似する複数の直線セグメントから成っていても良い。好ましい実施形態では、レフレクタ９３，９６は、形状が放物線である。別の好ましい実施形態では、レフレクタ９３，９６は、形状が楕円形である。

感温性を減少させた光学タッチスクリーンセンサの送光側素子及び受光側素子に関して本発明を説明する。しかしながら、理解されるように、本発明の原理は、より一般的に、温度変化により引き起こされるレンズの屈折率（及びそれ故にその屈折力）の変化により損なわれる関連のレンズを備えた１つ又は２つ以上の導波路を有する任意の光学システム、例えば図２に示す伝送装置に当てはまる。

放物面鏡が放物面の焦点のところに位置する点源から放出された光の完全なコリメーションをもたらすことは、幾何光学の周知の結果である（イー・ヘック（E. Hecht）著，「オプティクス（Optics）」，第２版，アディソン−ウェズレー（Addison-Wesley），１９８７年，ｐ１５６−１５８）。この場合、原理的には、ＴＩＲ外れの放物線状ポリマー／空気インターフェイスを含む送光側及び受光側光学系は、光学タッチスクリーンセンサの本質的に温度独立性動作をもたらすことができる。当業者であれば理解されるように、軸外れ放物線状インターフェイスは、点源及び受光側導波路が図９に示されているようにコリメートされたビーム９４を包み隠すことがないので好ましい。

実施例２
本発明によれば、放物面レフレクタを有する送光側素子１００が、図１０に示されている。送光側導波路１０２は、光１０１を流れ部１００７のところで角度β＝３３．１°に案内し、直線区分１００８に沿って点１０４のところでポリマースラブ領域１０３内に案内し、ここで、この光は、発散角２φで広がり、湾曲側部１０６に当たり、この湾曲側部は、焦点が点１０４のところに位置し、準線が光軸１０４に垂直な放物面の一部である。入射角θ_iは、点１０７のところの６３°から点１０８のところの６８°までの範囲にわたり、この入射角は、臨界角度（表４参照）よりも常に大きく、したがって、全反射条件が満足されるようになる。湾曲側部１０６で反射した後、光は、光軸１０５に沿ってコリメートされる。ポリマースラブ領域１０３の真っ直ぐな側部１０９，１０００，１００１は、長さがそれぞれ２０４μｍ、６８７μｍ、２２０μｍであり、湾曲側部１００２，１０６は、両方共長さが３４９３μｍである。湾曲側部１０６で反射した後、光は、平行な光線１００９の状態にコリメートされ、これら光線は、端フェース１００３のところで送光側素子１００から出て透過ビーム１００４を形成する。端フェース１００３は、幅が７０９μｍであり、残りの真っ直ぐな側部１００５，１００６は、両方共長さが１１０μｍである。受光側素子は、送光側素子の鏡像であり、詳細には説明しない。

送光側アレイを形成するためには、送光側素子を互いに密に嵌合させることが必要である。嵌合状態の反射送光側素子１００の設計の一例が、図１１ａに示されており、図１及び図５の場合と同様、垂直コリメートレンズは、図面を分かりやすくするために省かれている。理解されるように、この嵌合設計では、真っ直ぐな区分１００８の長さを小刻みに変化させることが必要である。別の嵌合設計では、真っ直ぐな区分１００８の長さを一定に保持し、側部１００５，１００６の長さを小刻みに変化させても良い。注目すべきこととして、側部１００５，１００６は、送光側素子１００の動作には何らの役割を果たさず、図１１ｂに示すようにこれらを省くことができ、したがって、アレイ中の全ての送光側素子１００は、共通の端フェース１００３を共有するようになる。この形態は、図１１ａに示す形態と比べて好ましい場合がある。というのは、異物が入り込んで反射面を汚す場合のある隙間が個々の素子端フェース相互間に存在しないからである。

図１０では、平行な光線１００９は、法線入射では端フェース１００３に常に当たり、この場合、スネルの法則から、ポリマー屈折率の温度依存性は、影響を持たない（θ_i＝θ_t＝０）ことに注目することが重要である。有利には、この構成は又、図３ａ、図３ｂ、図４ａ及び図４ｂに示す先行技術の送光側及び受光側レンズの垂直コリメーション上の問題に対する解決策をもたらす。単一の放物面レフレクタ利用送光側素子１００の端フェース１００３に対する垂直コリメートレンズ（ＶＣＬ）３３の位置決めの仕方が、図１２ａ（平面図）及び図１２ｂ（側面図）に示されている。端フェース１００３は真っ直ぐなので、端フェースをＶＣＬ３３の焦点面３２のところに位置決めすることができ、したがって、垂直方向に発散する射出ビーム１２０をその幅全体にわたって等しく良好に合焦させて垂直にコリメートされたビーム１２１を生じさせるようにするのが良いことは理解されよう。これは、湾曲した端フェース３１の一部だけがＶＣＬ３３の焦点面内に配置するのが良い図３ａ及び図３ｂに示すレンズを備えた状況とは対照的である。さらに、端フェース１００３は、真っ直ぐなので、これをダイシングソー又はレーザで容易に切断することができ、それにより、図４ａ及び図４ｂに示すシャドーイング硬化が回避される。図１３ａ（平面図）及び図１３ｂ（側面図）は、放物面レフレクタ利用送光側素子１００の場合、基板４１及びバッファ層４２がＶＣＬ３３の途中で出射光線４３を遮る恐れがないことを示している。

図１２ａを参照すると、本発明の方式の更に別の利点として、組み立て中、端フェース１１０３とＶＣＬ３３との間の空間１２２を接着剤で満たしてＶＣＬを素子アレイに取り付けることができる。これは、先行技術のレンズ方式では可能ではない。というのは、湾曲端フェース３１は、ポリマー／空気の屈折率のコントラストを利用しているからである。以下の説明で明らかになるように、接着剤及び送信側素子及び受光側素子を形成するために用いられる材料は、屈折率整合が行われ、即ち、これらの屈折率が実質的に互いに等しいことが好ましい。

図１０を参照すると、実施例２の湾曲側部１０６は、光が光軸１０５に沿って完全にコリメートされるべき場合、注意深く設計されて製作プロセスで再現される必要があることは理解されよう。例えば、湾曲側部１０６の形状が完全に放物線ではない場合、又は、点源１０４が焦点のところに存在しない場合、射出ビームは、僅かに収束し又は発散することになる。変形例として、放物線状反射面の準線が光軸１０５に垂直でない場合、射出ビームは、光軸から僅かに逸れた方向にコリメートされることになる。製作上の公差を考慮して、透過ビームが送光側素子と受光側素子との間の点に合焦される変形実施形態が、望ましい場合がある。光学タッチスクリーンセンサの送光側素子及び受光側素子が同一の寸法を有している場合、焦点は、図１４に示されるように中点のところに位置すべきである。当業者であれば理解されるように、この状況では、送光側レフレクタ１４１は、焦点が点源１４２及び中点１４３のところに位置する楕円のセグメントであることが必要であり、受光側レフレクタ１４４は、焦点が受光点１４５及び中点１４３のところに位置する楕円のセグメントであることが必要である。放物面レフレクタを備えた実施形態と比較して、楕円レフレクタを備えた実施形態の特徴は、レフレクタ設計がタッチスクリーンセンサの物理的寸法、特に、送光側及び受光側素子から中点１４３までの距離に依存するということにある。

実施例３
楕円レフクレタを有し、幅が６５ｍｍのタッチスクリーン向きに設計された送光側素子１５０は、図１５に示されている。送光側導波路１５２は、光１５１を流れ部１５０７のところで角度β＝３３．１°に案内し、直線区分１５０８に沿って点１５４のところでポリマースラブ領域１５３内に案内し、ここで、この光は、発散角２φで広がり、湾曲側部１５６に当たり、この湾曲側部は、一方の焦点が点１５０４に位置し、他方の焦点が端フェース１５０３から距離３２．５ｍｍ離れたところにある箇所１５０４に位置する楕円の一部である。入射角θ_iは、点１５７のところの６３°から点１５８のところの６８°までの範囲にわたり、この入射角は、臨界角度（表４参照）よりも常に大きく、したがって、全反射条件が満足されるようになる。ポリマースラブ領域１５３の真っ直ぐな側部１５９，１５００，１５０１は、長さがそれぞれ２０４μｍ、６８７μｍ、２２０μｍであり、湾曲側部１５０２，１５６は、両方共長さが３４９３μｍである。湾曲側部１５６で反射した後、光は、平行な光線１５０９の状態にコリメートされ、これら光線は、端フェース１５０３のところで送光側素子１５０から出て光軸１５５上の点１５０４に集束する。端フェース１５０３は、幅が７０９μｍであり、残りの真っ直ぐな側部１５０５，１５０６は、両方共長さが１１０μｍである。受光側素子は、送光側素子の鏡像であり、詳細には説明しない。送光側素子１５０（楕円レフクレタを備える）は、全体形状が送光側素子１１０（放物面レフレクタを備える）と事実上同一なので、図１１ａ及び図１１ｂに示す嵌合設計は、直線区分１５０８の長さを小刻みに増大させた状態で走行側素子１５０にも適用できることは理解されよう。

温度依存性を最小限に抑えるために、端フェース１５０３は、点１５０４を中心とする円の弧から成るべきであり、したがって、ビームの全ての光線１５０９が法線入射で端フェース１５０３に当たるようになる。端フェース１５０３の曲率半径は、一般に、その幅よりも非常に大きいので（タッチスクリーンの寸法は、個々の送光側及び受光側素子よりも非常に大きいので）、端フェース１５０３は、直線度からほんの僅か外れることになる。しかしながら、端フェースとＶＣＬとの間の空間を組み立て中、屈折率整合接着剤で満たした場合、端フェース１５０３の形状は、光学的性能にとって無関係になり、したがって、端フェースを有利には真っ直ぐに作ることができるということに注目されたい。他方、この空間１２２を接着剤で満たさない場合、湾曲側部１５６を端フェース１５０３が有利には真っ直ぐであり、他方、点１５０４のところにビーム１５０９の合焦状態を保持するよう設計することが依然として可能である。この場合、湾曲側部１５６は完全には楕円形ではないが、この湾曲側部は、依然として、「準楕円形」湾曲面であり、これは本発明の範囲に含まれる。

また、レフレクタ設計に対する小規模な調整が、ビーム回折（先の実施例で用いられた光線の幾何光学方式では無視される）をいったん考慮すると、必要になる場合がある。当業者であれば認識されるように、回折は、光ビームが表示領域を横切っているときに光ビームの追加の且つ回避できない広がりを生じさせる。ガウスビームの単純な場合、以下の２つの実施例が、放物面レフレクタを有する送光側素子により放出されたビームが幅６５ｍｍのタッチスクリーンを横切る際のかかるビームに対する回折の影響を示している。

実施例４
この実施例では、送光側素子は、波長λ＝８５０ｎｍで幅１ｍｍのビーム（即ち、ビームウエストｗ₀＝０．５ｍｍ）を放出するよう設計されている。基本的なガウス光学によれば、ビーム半径が√（２）倍になる距離として定義されるレイリー領域Ｚ_Rは、Ｚ_R＝πｗ₀ ²／λで与えられる。この実施例では、Ｚ_Rは、９２０ｍｍであり、これは、タッチスクリーンの幅（６５ｍｍ）よりも非常に長い。変形例として、６５ｍｍの距離を進んだ後、ビーム幅は、１ｍｍから１．３４ｍｍにほんの僅か拡張しているであろう。理解できるように、この実施例では、ビーム回折は、無視できる。

実施例５
この実施例では、送光側素子は、波長λ＝８５０ｎｍで幅０．２５ｍｍのビーム（即ち、ビームウエストｗ₀＝０．１２５ｍｍ）を放出するよう設計されている。タッチスクリーンセンサの空間分解能を向上させるためにはこれよりも幅の狭いビームが望ましい場合があることは理解されよう。この場合、Ｚ_Rは、５８ｍｍに過ぎず、これは、タッチスクリーンの幅よりも小さく、６５ｍｍの距離進んだ後は、ビーム幅は、０．２５ｍｍから０．３６４ｍｍまで拡張しており（５０％の増加）、したがって、ビーム回折は、無視できないことは確実である。

ビーム回折を補償するため、レフレクタ設計に僅かな調整を行うことが望ましい場合がある。例えば、レフレクタの最適形状は、完全な放物線又は楕円から僅かにずれる場合がある。しかしながら、かかる準放物線及び準楕円形湾曲形状は、本発明の範囲に含まれることは理解されよう。

反射面の特定の形状とは無関係に、図１１ａ及び図１１ｂに示す嵌合レイアウトは、スクリーンベゼル内に位置する送光側及び受光側導波路の曲げ損失の面において、図１に示す先行技術のレイアウトと比べて追加の利点を有している。図１に示すように、先行技術のレイアウトでは、送光側導波路２及び受光側導波路３を９０°曲げることが必要であり、これに対し、反射光学系レイアウトでは、送光側導波路２及び受光側導波路３を曲げるのが必要な角度はこれよりも小さく、実施例２及び実施例３の特定の場合では、この角度は、３３．１°である。他の全ての要因（波長、導波路寸法形状及び屈折率コントラスト）が等しい場合、曲げ損失は、有利には、反射光学系レイアウトの場合において低く、これは、光パワーに要する予算において追加の節約となる。

実施例２及び実施例３の反射光学系設計は、絶対に温度独立性であるというわけではないということは注目されるべきである。というのは、ポリマーの屈折率の温度依存性の２つの僅かな効果が残っているからである。ポリマースラブ領域１０３又は１５３内部の発散角２φと端フェース１００３又は１５０３の透過率の両方は、ポリマーの屈折率で決まる。第１の効果は、僅かではあるが、定量化するのが困難である。というのは、送光側導波路１０２又は１５２の幅が所与の場合、発散角は、ポリマースラブ領域１０３又は１５３内に放出される光モードの数及び種類で決まるからである。この効果は、ビーム幅を僅かな量だけ変える（点１０７，１０８，１５７，１５８の位置を介して）が、ビームのコリメーション又は焦点には影響を及ぼさないであろう。

第２の効果は、周知のフレネルの式から容易に定量化できる（イー・ヘック（E. Hecht）著，「オプティクス（Optics）」，第２版，アディソン−ウェズレー（Addison-Wesley），１９８７年，ｐ９４−１０４）。屈折率がｎ_iの媒体から屈折率がｎ_tの媒体中に伝搬する光の透過率に関する方程式は、法線入射では特に簡単であり、光の偏光状態とは無関係に、Ｔ＝４ｎ_i／ｎ_t／（ｎ_i＋ｎ_t）²により与えられる。ｎ_air＝１の場合、法線入射で且つ−１０℃、２５℃及び５０℃におけるポリマーＡから空気内に伝搬する（この逆の関係も成り立つ）光の透過率は、以下の表５に記載されている。これは、光の４．６％未満が送光側と受光側のポリマー／空気インターフェイスの各々のところにおける反射の際に失われ、温度依存性は、存在していても、選択された動作温度範囲では無視できることを示している。当然のことながら、端フェースとＶＣＬとの間の空間が組み立て中、屈折率整合接着剤で満たされている場合、図１２ａを参照して上述したように、ポリマー／空気インターフェイスのところには反射損失は存在しないであろう。

温度／℃ ｎ_polymer Ｔ
−１０１．５４１３０．９５４６
２５１．５３１５０．９５５９
５０１．５２４５０．９５６８
表５

上述の温度依存性効果の両方は、図５に示す先行技術の屈折光学系方式にも存在することは容易に理解されよう。さらに、ポリマー／空気インターフェイスの透過率を考慮した場合、図１０及び図１５に示す本発明の反射光学系方式は、先行技術の反射光学系方式と比較して簡単化されている。端フェースのところの入射角が常にゼロである（法線入射）本発明の反射光学系方式の場合とは異なり、屈折光学系方式では、入射角θ_iは、光線の角度φに応じて可変であり、これにより、インターフェイスの透過率にばらつきが生じる（フレネルの式に従って）。法線入射から遠ざかると、フレネルの式は、光の偏光状態に対する依存性を持つが、これは、この場合には無視できることに注目されたい。というのは、偏光状態は、ランダムであると見込まれるからである。正味の効果として、透過率は、光線角度φの増大につれて単調に減少し、これは、別の光ロス源となっている。φが１４．４°に制限される実施例１のレンズ設計では、２５℃における透過率は、法線入射値よりも決して１％以上低くはなく、したがって、この効果は無視できる。しかしながら、これは、光線角度φが大きいと考えられるレンズ設計についてはそうではない場合がある。送光側レンズは、特に損傷を受けやすい。というのは、θ_iは（幾何学から考えて）、φよりも迅速に増大する（例えば、実施例１の設計の場合、φ＝１４．４°の場合、θ_i＝２６．７°である）からであり、θ_iが臨界角度（〜４０．５°）に近づくと、ポリマー−空気インターフェイスの透過率は、迅速にゼロに近づくであろう。最後に、本発明のレフレクタ利用送光側及び受光側素子を備えた場合とは異なり、反射ロスは、端フェースとＶＣＬとの間の空間を屈折率整合性接着剤で満たしても無くすことができない。

実施例６
この実施例は、光パターン化方法を用いた放物面レフレクタ利用送光側素子のアレイの製作を説明している。米国特許第６，８１８，７２１号に開示されている合成手順に続き、屈折率の低いポリマーＢを２４００ｃＰの粘度（２０℃において）及び１．４９８の屈折率（室内灯のあるアッベ屈折計により２０℃で測定した）を備えた状態で調製した。これよりも高い屈折率のポリマーＡを２３００ｃＰの粘度（２０℃において）及び１．５２４の屈折率（２０℃において）を備えた状態で調製した。適当な光開始剤をポリマーＡとポリマーＢの両方に添加した。

ポリマーＢをシリコンウェーハ上にスピンコーティングし、水銀灯からのＵＶ光で硬化させて厚さ２０μｍで屈折率が１．５０４５（２５℃及び８５０ｎｍにおいて）のバッファ層２０を形成した。ポリマーＡをバッファ層上にスピンコーティングして厚さ１１μｍのコア層を形成し、適当なマスクを介してＵＶ光でパターン付けした。次に、非露光状態のポリマーＡ材料をイソプロパノール中に溶かして例えば図１１ａ又は図１１ｂに示すように、放物面レフレクタ利用送光側素子のアレイの形態をした露光コア材料を残した。露光ポリマーＡ材料は、１．５３１５の屈折率（２５℃及び８５０ｎｍにおいて）を有していた。最後に、ポリマーＢの第２の層をスピンコーティングし、これを別の適当なマスクを介してＵＶ光でパターン付けし、そして非露光状態の材料をイソプロパノールで溶解させることにより上側被覆層を被着させた。

上側被覆層をパターン付けして（米国特許出願公開第２００５／００８９２９８号明細書に開示されているように）各送光側素子の反射湾曲側部１０６が全反射に必要なポリマー／空気インターフェイスを保持するようにすることが必要であることに注目されたい。図１６は、異形穴１６１を反射湾曲側部１０６の周りに設けた状態で上側被覆１６０をパターン付けする考えられる一手法を示している。図１６は又、上側被覆１６０が送光側素子１００の端フェース１００３まで真っ直ぐに延びることができることを示している。この特徴は、これにより先行技術の送光側及び受光側レンズについて上述した機械的損傷を受けやすいという問題がなくなるので、本発明の反射光学系方式の更に別の利点を示している。異形穴１６１の下に位置する反射面１０６は、取り扱い及び組み立ての際、露出状態の湾曲端フェースよりも損傷を受ける恐れが非常に少なく、組み立てがいったん完了すると、これは、スクリーンベゼル内に保護されることになる。上側被覆１６０を備えて得られるもう１つの利点は、これが側部１００５，１００６相互間の隙間（もしあれば）を埋め、反射湾曲側部１０６を汚染する場合のある異物（未硬化接着剤）の入り込みを阻止することにある。

実施例７
この実施例は、成形法を用いた放物面レフレクタ利用送光側素子のアレイの製作法を説明している。

フォトレジストの層をシリコンウェーハ上にスピンコーティングし、先の実施例においてポリマーＡ層をパターン付けするために用いられたのと同一のマスクを介してＵＶ光に当てる。次に、非露光状態のフォトレジストをイソプロパノール中に溶かして所望の導波路パターンを備えたマスタを生じさせる。ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）をマスタ上に注型し、硬化させ、そして剥離してスタンプを形成した。

高い屈折率のポリマーＡ及び低い屈折率のポリマーＢを実施例６の場合と同様に調製した。導波路アレイを製作するために、ポリマーＢをシリコンウェーハ上にスピンコーティングし、ＵＶ光で硬化させて厚さ２０μｍのバッファ層を形成し、次に、ポリマーＡをバッファ層上にスピンコーティングして厚さ１１μｍのコア層を形成した。次に、ＰＤＭＳスタンプをポリマーＡ層に被着させ、ポリマーをＵＶ光で硬化させ、ＰＤＭＳスタンプを剥離した。上側被覆層を被着させ、実施例６の場合と同様にＵＶ光によるか第２のＰＤＭＳスタンプによるかのいずれかによりパターン付けするのが良いが、このようにするかどうかは任意である。

ＰＤＭＳは、スタンプを製造するのに好ましい材料である。というのは、これは、表面エネルギーが低く（したがって、大抵の材料にはくっつかない）、しかも、ポリマーＡ材料を硬化させるために用いられるＵＶ光に対して透明だからである。

本発明を特定の実施例を用いて説明したが、当業者であれば、本発明は、多くの他の形態で実施できることは理解されよう。

光ビームの平面内合焦を可能にするレンズを組み込んだ先行技術の導波路利用光学タッチスクリーンセンサの動作原理を示す図である。光を２つの導波路相互間に結合するための先行技術の伝送装置の動作原理を示す図である。先行技術の送光側レンズの端フェースに対する垂直コリメートレンズの位置決め法を示す平面図である。先行技術の送光側レンズの端フェースに対する垂直コリメートレンズの位置決め法を示す側面図である。垂直コリメートレンズの近くにおいて基板上の先行技術の送光側レンズに関して生じるシャドーイングを示す平面図である。垂直コリメートレンズの近くにおいて基板上の先行技術の送光側レンズに関して生じるシャドーイングを示す側面図である。導波路利用光学タッチスクリーンセンサの先行技術の１対の球面送光側及び受光側レンズの平面図である。先行技術の球面受光側レンズの動作原理を示す図である。２５℃、−１０℃及び５０℃の動作温度での先行技術の球面送光側レンズ／受光側レンズの対の受光側における集光効率を示す図である。２５℃、−１０℃及び５０℃の動作温度での先行技術の球面送光側レンズ／受光側レンズの対の受光側における集光効率を示す図である。楕円レンズのビームコリメート特性を示す図である。導波路利用光学タッチスクリーンセンサの送光側及び受光側素子中への反射光学系の一般的な組み込み方法を示す図である。反射放物面を有する送光側素子の平面図である。導波路利用光学タッチスクリーンセンサのレフレクタを利用した送光側素子の２つの入れ子形態を示す図である。導波路利用光学タッチスクリーンセンサのレフレクタを利用した送光側素子の２つの入れ子形態を示す図である。放物面レフレクタを利用した送光側素子の端フェースに対する垂直コリメートレンズの位置決め法を示す平面図である。放物面レフレクタを利用した送光側素子の端フェースに対する垂直コリメートレンズの位置決め法を示す側面図である。垂直コリメートレンズの近くにおける基板上の放物面レフレクタを利用した送光側素子を示す平面図である。垂直コリメートレンズの近くにおける基板上の放物面レフレクタを利用した送光側素子を示す側面図である。楕円反射面を備えた１対の送光側及び受光側素子の動作原理を示す図である。楕円反射面を有する送光側素子の平面図である。適切にパターン化された上側被覆を備えるレフレクタ利用送光側素子を示す図である。

Claims

電子機器用の入力装置であって、
少なくとも１つの光源と、
複数の光検出素子のところの光強度を検出する少なくとも１つの多素子光検出器と、
平面を備えた入力領域と、
関連の第１の組をなす反射素子を備えた第１の組をなす導波路及び各々が第１の屈折率を備えた材料で構成されている第２の組をなす導波路を含む導波路構造体とを有し、
前記光源は、光を関連の第１の組をなす反射素子を備えた前記第１の組をなす導波路中に結合し、
前記第１の組をなす導波路は、前記光を前記関連の前記第１の組をなす反射素子に差し向け、
前記関連の第１の組をなす反射素子は、前記光を前記入力領域の前記平面内にコリメートして第１のグリッドをなす光ビームを生じさせ、
前記第１のグリッドをなす光ビームは、前記入力領域を第１の方向に横切り、前記第２の組をなす導波路により前記多素子光検出器の前記光検出素子に差し向けられる、入力装置。
前記関連の第１の組をなす反射素子を備えた前記第１の組をなす導波路は、光のビームを前記入力領域を横切って前記第２の組をなす導波路の対応の導波路に向かって送る、請求項１記載の入力装置。
前記第２の組をなす導波路は、前記光のビームを前記入力領域の前記平面内に合焦させる関連の第２の組をなす反射素子を有する、請求項１記載の入力装置。
前記関連の第１の組をなす反射素子の各反射素子は、湾曲した反射面及び出力フェースを備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記関連の導波路から前記プレーナスラブ領域に入り、前記湾曲反射面で反射し、それによりコリメートされて向きが変えられ、そして、前記出力フェースを前記第１の方向に出る、請求項１記載の入力装置。
前記関連の第２の組をなす反射素子の各反射素子は、入力フェース及び湾曲した反射面を備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記入力フェースを通って前記第１の方向で前記プレーナスラブ領域に入り、前記湾曲反射面に当たり、それにより向きが変えられて前記関連の導波路中に合焦される、請求項３記載の入力装置。
光は、全反射により前記湾曲反射面で反射する、請求項４記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、凹面である、請求項４記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、放物面である、請求項４記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、軸外れ放物面鏡素子である、請求項４記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、楕円である、請求項４記載の入力装置。
光は、全反射により前記湾曲反射面で反射する、請求項５記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、凹面である、請求項５記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、放物面である、請求項５記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、軸外れ放物面鏡素子である、請求項５記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、楕円である、請求項５記載の入力装置。
電子機器用の入力装置であって、
少なくとも１つの光源と、
複数の光検出素子のところの光強度を検出する少なくとも１つの多素子光検出器と、
平面を備えた入力領域と、
関連の第１の組をなす反射素子を備えた第１の組をなす導波路、関連の第３の組をなす反射素子を備えた第３の組をなす導波路、第２の組をなす導波路及び各々が第１の屈折率を備えた材料で構成されている第４の組をなす導波路を含む導波路構造体とを有し、
前記光源は、光を前記関連の第１及び第３の組をなす反射素子を備えた前記第１及び第３の組をなす導波路中に結合し、
前記第１及び第３の組をなす導波路は、前記光を前記関連の第１及び第３の組をなす反射素子に差し向け、
前記関連の第１及び第３の組をなす反射素子は、前記光を前記入力領域の前記平面内にコリメートして第１及び第２のグリッドをなす光ビームを生じさせ、
前記第１のグリッドをなす光ビームは、前記入力領域を第１の方向に横切り、前記第２の組をなす導波路により前記多素子光検出器の第１の組をなす光検出素子に差し向けられ、前記第２のグリッドをなす光ビームは、前記入力領域を前記第１の方向とは異なる第２の方向に横切り、前記第４の組をなす導波路により前記多素子光検出器の第２の組をなす光検出素子に差し向けられる、入力装置。
前記第１及び第３の組をなす導波路及び前記関連の第１及び第３の組をなす反射素子は、光のビームを前記入力領域を横切って前記第２及び第４の組をなす導波路の対応の導波路に向かって送る、請求項１６記載の入力装置。
前記第２及び第４の組をなす導波路は、前記光のビームを前記入力領域の前記平面内に合焦させる関連の第２及び第４の組をなす反射素子を有する、請求項１７記載の入力装置。
前記関連の第１の組をなす反射素子の各反射素子は、湾曲した反射面及び出力フェースを備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記関連の導波路から前記プレーナスラブ領域に入り、前記湾曲反射面で反射し、それにより、コリメートされて向きが変えられ、そして前記出力フェースを前記第１の方向に出て行き、
前記関連の第３の組をなす反射素子の各反射素子は、湾曲した反射面及び出力フェースを備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記関連の導波路から前記プレーナスラブ領域に入り、前記反射面で反射し、それによりコリメートされて向きが変えられ、そして前記出力フェースを前記第２の方向に出る、請求項１６記載の入力装置。
前記関連の第２の組をなす反射素子の各反射素子は、入力フェース及び湾曲反射面を備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記入力フェースを通って前記プレーナスラブ領域に前記第１の方向に入り、前記湾曲反射面にわたり、それにより、向きが変えられて前記関連の導波路中に合焦され、
前記関連の第４の組をなす反射素子の各反射素子は、入力フェース及び湾曲反射面を備えたプレーナスラブ領域を有し、
光は、前記入力フェースを通って前記プレーナスラブに前記第２の方向で入り、前記湾曲反射面にわたり、それにより向きが変えられて前記関連の導波路中に合焦される、請求項１８記載の入力装置。
光は、全反射により前記湾曲反射面で反射する、請求項１９記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、凹面である、請求項１９記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、放物面である、請求項１９記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、軸外れ放物面鏡素子である、請求項１９記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、楕円である、請求項１９記載の入力装置。
光は、全反射により前記湾曲反射面で反射する、請求項２０記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、凹面である、請求項２０記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、放物面である、請求項２０記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、軸外れ放物面鏡素子である、請求項２０記載の入力装置。
前記湾曲反射面は、楕円である、請求項２０記載の入力装置。
前記入力領域は、四角形であり、前記関連の第１及び第３の組をなす反射素子をそれぞれを備えた前記第１及び第３の組をなす導波路は、前記入力領域の隣り合う第１及び第３の縁に沿って配置され、前記関連の第２及び第４の組をなす反射素子をそれぞれ備えた前記第２及び第４の組をなす導波路は、前記入力領域の隣り合う第２及び第４の縁に沿って配置されている、請求項１８記載の入力装置。
前記入力領域は、長方形であり、前記第２の方向は、前記第１の方向に実質的に垂直である、請求項３１記載の入力装置。
前記関連の第１、第２、第３及び第４の組をなす反射素子をそれぞれ備えた前記第１、第２、第３及び第４の組をなす導波路は、真っ直ぐであり且つ前記入力領域の対応の前記縁に平行な端フェースで終端している、請求項３１記載の入力装置。
前記第１の方向は、前記入力領域の前記第１及び第２の縁に実質的に垂直であり、前記第２の方向は、前記入力領域の前記第３及び第４の縁に実質的に垂直である、請求項３２記載の入力装置。
ユーザが、前記入力領域と相互作用することにより入力を前記電子機器にもたらす、請求項１記載の入力装置。
前記ユーザは、指又はスタイラスにより前記入力領域と相互作用する、請求項３５記載の入力装置。
前記導波路構造体は、フォトリソグラフィー技術により構成された構造体である、請求項１記載の入力装置。
前記導波路構造体は、成形構造体である、請求項１記載の入力装置。
第１の屈折率を備えた前記材料は、誘電体材料である、請求項１記載の入力装置。
前記誘電体材料は、ポリマーである、請求項３９記載の入力装置。
ユーザが、前記入力領域と相互作用することにより入力を前記電子機器にもたらす、請求項１６記載の入力装置。
前記ユーザは、指又はスタイラスにより前記入力領域と相互作用する、請求項４１記載の入力装置。
前記導波路構造体は、フォトリソグラフィー技術により構成された構造体である、請求項１６記載の入力装置。
前記導波路構造体は、成形構造体である、請求項１６記載の入力装置。
第１の屈折率を備えた前記材料は、誘電体材料である、請求項１６記載の入力装置。
前記誘電体材料は、ポリマーである、請求項４５記載の入力装置。
前記関連の第１の組をなす反射要素は、温度とは実質的に独立した仕方で前記光をコリメートする、請求項１記載の入力装置。
前記関連の第２の組をなす反射要素は、温度とは実質的に独立した仕方で前記光のビームを合焦させる、請求項３記載の入力装置。
前記関連の第１及び第３の組をなす反射要素は、温度とは実質的に独立した仕方で前記光をコリメートする、請求項１６記載の入力装置。
前記関連の第２及び第４の組をなす反射要素は、温度とは実質的に独立した仕方で前記光のビームの合焦させる、請求項１８記載の入力装置。
前記第１及び第２の組をなす導波路の端の近くに設けられていて、前記第１のグリッドをなす光ビームを前記入力領域平面に垂直な方向にコリメートする第１及び第２の外部レンズを更に有する、請求項１記載の入力装置。
前記第１及び第２の組をなす導波路の前記端は、真っ直ぐであり、前記第１及び第２の外部レンズの焦点面内に配置されている、請求項５１記載の入力装置。
前記第１及び第２の組をなす導波路の前記端と前記第１及び第２の外部レンズとの間に第２の屈折率を備えた透明な材料を更に有する、請求項５２記載の入力装置。
前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率に実質的に等しい、請求項５３記載の入力装置。
前記第２の屈折率を備えた前記透明な材料は、各外部レンズをそのそれぞれの組をなす導波路に取り付ける接着剤である、請求項５３記載の入力装置。
前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率に実質的に等しい、請求項５５記載の入力装置。
前記第１、第２、第３及び第４の組をなす導波路の端の近くに設けられていて、前記第１及び第２のグリッドをなす光ビームを前記入力領域平面に垂直な方向にコリメートする第１、第２、第３及び第４の外部レンズを更に有する、請求項１６記載の入力装置。
前記第１、第２、第３及び第４の組をなす導波路の前記端は、真っ直ぐであり、前記第１、第２、第３及び第４の外部レンズの焦点面内に配置されている、請求項５１記載の入力装置。
前記第１、第２、第３及び第４の組をなす導波路の前記端と前記第１、第２、第３及び第４の外部レンズとの間に第２の屈折率を備えた透明な材料を更に有する、請求項５８記載の入力装置。
前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率に実質的に等しい、請求項５９記載の入力装置。
前記第２の屈折率を備えた前記透明な材料は、各外部レンズをそのそれぞれの組をなす導波路に取り付ける接着剤である、請求項５９記載の入力装置。
前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率に実質的に等しい、請求項６１記載の入力装置。
一体形成された反射端部構造体を備えると共に基板上に形成された第１の光導波路を有する光伝送装置であって、前記反射端部構造体は、光を前記第１の光導波路と光学素子との間に結合する湾曲した内側反射面を有する、光伝送装置。
前記湾曲内側反射面は、光を前記基板の平面内に合焦させる、請求項６３記載の光伝送装置。
前記湾曲内側反射面は、放物面である、請求項６３記載の光伝送装置。
前記湾曲内側反射面は、軸外れ放物面鏡素子である、請求項６３記載の光伝送装置。
前記湾曲内側反射面は、楕円である、請求項６３記載の光伝送装置。
前記第１の光導波路及び前記一体形成反射端部構造体は、誘電体材料から成る、請求項６３記載の光伝送装置。
前記誘電体材料は、ポリマーである、請求項６８記載の光伝送装置。
前記第１の光導波路及び前記一体形成反射端部構造体は、フォトリソグラフィー技術により形成されている、請求項６９記載の光伝送装置。
前記第１の光導波路及び前記一体形成反射端部構造体は、成形技術により形成されている、請求項６９記載の光伝送装置。
前記反射端部構造体は、光を温度とは実質的に独立した仕方で前記第１の光導波路と前記光学素子との間に結合する、請求項６３記載の光伝送装置。
前記光学素子は、光源を有し、前記反射端部構造体は、前記光源からの光を前記第１の光導波路中に結合する、請求項６３記載の光伝送装置。
前記第１の光導波路と前記光源との間に設けられていて、光を前記基板に垂直な方向に合焦させる外部レンズを更に有する、請求項７３記載の光伝送装置。
前記光学素子は、検出器を有し、前記反射端部構造体は、光を前記第１の光導波路から前記検出器中に結合する、請求項６３記載の光伝送装置。
前記第１の光導波路と前記検出器との間に設けられていて、前記光を前記基板に垂直な方向に合焦させる外部レンズを更に有する、請求項７５記載の光伝送装置。
前記光学素子は、一体形成反射端部構造体を備えると共に第２の基板上に形成された第２の光導波路を有し、前記反射端部構造体は、湾曲した内側反射面を有する、請求項６３記載の光伝送装置。
前記第１の光導波路の端の近くに設けられた第１の外部レンズと、前記第２の光導波路の端の近くに設けられた第２の外部レンズとを更に有し、前記第１及び第２の外部レンズは、光を前記基板に垂直な方向に合焦させる、請求項７７記載の光伝送装置。
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に設けられた入力領域を更に有する、請求項７７記載の光伝送装置。
請求項７９記載の光伝送装置を少なくとも１つ有する電子機器用入力装置。
ユーザが、前記入力領域と相互作用することにより入力を前記電子機器にもたらす、請求項８０記載の入力装置。
前記ユーザは、指又はスタイラスにより前記入力領域と相互作用する、請求項８１記載の入力装置。