JP2008502008A - 3次元レンズを持つポリマー導波路を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】導波路および光レンズを含む光伝送構造を提供する。
【解決手段】光伝送構造は、導波路および光レンズを含み、光レンズは、動作表面上に形成され、動作表面と同一表面上にある平面内で光線が伝搬するように伝送された光線をコリメートする湾曲されたフロントレンズ表面の形成を許す充分に大きな厚さを有する。本発明はまた光伝送構造を製造する技術にも関し、これはフォトポリマー材料の使用を伴う。光伝送構造は、光データ入力のためのシステムのようなさまざまなシステムにおいて実現されえる。
【選択図】 図3
【解決手段】光伝送構造は、導波路および光レンズを含み、光レンズは、動作表面上に形成され、動作表面と同一表面上にある平面内で光線が伝搬するように伝送された光線をコリメートする湾曲されたフロントレンズ表面の形成を許す充分に大きな厚さを有する。本発明はまた光伝送構造を製造する技術にも関し、これはフォトポリマー材料の使用を伴う。光伝送構造は、光データ入力のためのシステムのようなさまざまなシステムにおいて実現されえる。
【選択図】 図3
Description
本発明は、光伝送装置に一般に関し、より具体的には光伝送装置を製造する技術に関する。
データ処理システムのためのユーザ入力装置は、さまざまな形態を取りえる。2つの種類の関連するものはタッチスクリーンおよびペンベースのスクリーンである。タッチスクリーンまたはペンベースのスクリーンのいずれかを用いて、ユーザは、ディスプレイスクリーンを指またはスタイラスまたはペンのような入力デバイスのいずれかで触ることによってデータを入力しえる。
タッチまたはペンベースの入力システムを提供するための一つの従来のアプローチは、ディスプレイスクリーン上に抵抗性または容量性フィルムを重ねることである。このアプローチは、多くの問題を有する。最たるものはフィルムのせいで、ディスプレイがはっきり見えなかったり、下にあるディスプレイの見え方をぼやけたりすることである。補償するために、ディスプレイスクリーンの輝度がしばしば増される。しかし携帯電話、携帯情報端末、およびラップトップコンピュータのようなたいていの携帯デバイスの場合、高輝度スクリーンはふつうは提供されない。もしそれらが利用可能であっても、増された輝度は、さらなる電力を要求し、再充電までの装置の電池寿命を短くすることになる。フィルムはまた容易に損傷される。加えて、フィルムのコストはスクリーンのサイズと共に劇的に大きくなる。大きなスクリーンを持たせると、そのコストはしたがって典型的には実現不可能になる。
タッチまたはペンベースの入力システムを提供する別のアプローチは、入力ディスプレイの2つの近接するX−Y側に沿ってソース発光ダイオード(LED)のアレイと、入力ディスプレイ対向する2つの近接するX−Y側に沿って対応するフォトダイオードの対応するアレイとを用いることである。それぞれのLEDは、対応するフォトダイオードに向けられた光ビームを発生する。ユーザが指またはペンのいずれかでディスプレイを触れると、光ビームの遮断がディスプレイの対向する側上にある対応するXおよびYのフォトダイオードによって検出される。データ入力は、XおよびYフォトダイオードによって検出されるように光ビームの遮断の座標を計算することによって決定される。しかしこのタイプのデータ入力ディスプレイは多くの問題を有する。典型的なデータ入力ディスプレイのためには多数のLEDおよびフォトダイオードが必要とされる。LEDおよび対応するフォトダイオードの位置もアラインされなければならない。比較的多数のLEDおよびフォトダイオードと、精密なアライメントの必要とのために、そのようなディスプレイは複雑で、高価で、製造するのが困難になる。
前述を鑑み、タッチスクリーンに近接した自由空間に提供された光の連続的シートつまり「ラミナ」、およびスクリーンに触れるときにラミナを遮断する指またはスタイラスのような入力デバイスによって生じたラミナ中の「影」の位置を決定することによってデータ入力を検出する光学位置ディジタイザを有する、改良されたデータ入力装置および方法を提供するための継続する努力がなされている。
本発明は、動作表面上にある所望の平面内での光線の効率的な伝送のための光伝送技術に関する。この技術は、具体的には導波路および光学レンズを含む光伝送構造に関する。光学レンズは動作表面上に形成され、伝送される光線をコリメートすることによって、それらが動作表面と同一平面である平面内を伝搬することができるようにする湾曲した前部レンズ表面の形成を可能にするよう、充分に大きな厚さを有する。本発明は、光学伝送構造を製造する技術にも関し、これはフォトポリマー材料の使用を伴う。光学伝送構造は、光学データ入力のためのシステムのようなさまざまなシステムで実現されえる。
方法として本発明のある実施形態は、フォトポリマー材料層を、支持基板上に形成された底部クラッディング層上に塗布すること、所定の光のパターンが前記マスクを異なる強度で透過することを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを提供すること、前記フォトポリマー材料の層を、前記グレイスケールマスクを通して導かれる光に露光させ、前記フォトポリマー材料の選択された部分が露光され、異なる強度の光線を有する光の露光勾配に曝されるようにすること、前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去すること、および前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ることを少なくとも含む。代替の実施形態において、この方法は、前記光学レンズが、前記支持基板の上部表面に垂直な平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する平面内コリメーティングレンズカーブを有するように形成することであって、前記導波路から伝送される光線は、前記光学レンズによってコリメートされることによって、前記光線が、前記支持基板の前記上部表面と実質的に同一平面である平面内を、前記平面内コリメーティングレンズカーブを通って放射される、形成することも含む。この方法の他の代替の実施形態において、本発明は、前記光学レンズが、前記支持表面の前記上部表面と同一平面である平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する方向性コリメーティングレンズカーブを有するように前記光学レンズを形成することであって、前記導波路から伝送される前記光線はコリメートされることによって、前記方向性コリメーティングレンズカーブを通して放射された前記光線の実質的に全てが互いに平行であり単一の向きに伝搬する、形成することをさらに含む。
本発明の他の実施形態において、この方法は、フォトポリマー材料層を、支持基板上に塗布すること、前記フォトポリマー材料の層を光の露光勾配に曝すことであって、前記光の露光勾配は、前記光が前記マスクを異なる強度で通ることを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを通して光を導くことによって形成される、曝すこと、前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去することであって、前記光学レンズは、前記導波路の高さより大きい高さを有し、前記光学レンズは傾斜されカーブが付けられた前部レンズ表面を有する、現像すること、および前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ることを少なくとも含む。
本発明の他の実施形態において、この方法は、フォトポリマー材料層を、支持基板上に形成された底部クラッディング層上に塗布すること、所定の光のパターンが前記マスクを異なる強度で透過することによって、前記フォトポリマー材料の選択された部分が異なる強度の光に露光されることを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを通して導かれる光に、前記フォトポリマー材料の層を露光させること、前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去することであって、前記光学レンズは、3次元で定義される曲面を有する前部レンズ表面を有し、前記導波路から伝送される光線は前記光学レンズによってコリメートされ、前記光線は、前記支持基板の上部表面と実質的に同一平面である平面内を前記前部レンズ表面を通って放射される、現像すること、および前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ることを少なくとも含む。
本発明の他の局面は、光学構造を製造するシステムであって、上部表面を有する支持基板、前記支持基板の前記上部表面上に形成された底部クラッディング層、前記底部クラッディング層に塗布されたフォトポリマー材料の層、光を放射する光源、および前記光源からの光の所望のパターンが前記フォトポリマー材料の層に放射し、前記グレイスケールパターンは、異なる強度レベルで光が前記グレイスケールマスクを透過することを可能にするグレイスケールパターンを有するパターン付けされたグレイスケールマスクであって、フォトリソグラフィプロセスを通じて、一体化された光学レンズを持つ導波路が前記フォトポリマー材料の層中に形成される、グレイスケールマスクを少なくとも含む。
本発明のこれらおよび他の特徴および優位性は、本発明の以下の説明および添付の図面においてより詳細に示され、これらは本発明の原理を例示によって示す。
本発明は、そのさらなる優位性と併せて、添付の図面と共に以下の説明を参照することで最もよく理解されよう。
本発明は、添付の図面に示されるいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明される。以下の記載において、本発明の完全な理解を提供するために多くの特定の詳細が述べられる。しかし当業者には明らかなように、本発明はこれら特定の詳細の一部または全てがなくても実施可能である。その他の場合、よく知られた操作は本発明の趣旨を不必要にぼかさないために詳細には記載されていない。
本発明は、動作表面の上にある所望の平面内での光線の効率的伝送のための光伝送技術に関する。この技術は、導波路および光レンズを含む光伝送構造に特に関する。光レンズは、動作表面上に形成され、動作表面と同一表面上にある平面内で光線が伝搬するように伝送された光線をコリメートする湾曲されたフロントレンズ表面の形成を許す充分に大きな厚さを有する。この光レンズ形状は、追加のコリメートレンズ、およびそのような追加のレンズを組み込むのに必要な製造プロセスの必要なしに、光線を効率的にコリメートする。本発明はまた光伝送構造を製造する技術にも関し、これはフォトポリマー材料の使用を伴う。光伝送構造は、光データ入力のためのシステムのようなさまざまなシステムにおいて実現されえる。
本発明の説明は、本発明の光伝送構造を利用しえる光データ入力システムを記載する。それから説明は、光伝送構造および光伝送構造を作る方法に関しての詳細に移る。「伝送」という語は、構造が信号の送信だけに用いられえるように考えさせるかもしれないが、本発明の光伝送構造は、光信号を送信および/または受信するために用いられえることに注意されたい。したがって、「伝送」という語は、光学的構造を信号の送信だけに機能的に限定するものではない。
図1を参照して、本発明のある実施形態によるタッチスクリーンディスプレイシステムが示される。タッチスクリーンディスプレイシステム10は、ディスプレイスクリーン14に近接する、または直上にある自由空間に発生された光の連続的な平面、つまり「ラミナ」12を含む。ラミナ12は、X軸入力光源16およびY軸入力光源18によって発生され、それぞれの光源は、それぞれXおよびY方向にスクリーン14の表面のすぐ上にある自由空間にわたって光を伝搬するよう構成される。この自由空間は、スクリーン14の表面におおまかには平行であり、スクリーン14のすぐ前に位置付けられる。よってラミナ12は、ユーザの指または手で持たれたスタイラスまたはペンのような入力デバイス(不図示)が用いられてデータエントリ操作のあいだにスクリーン14を触れるとき、遮断される。X軸受光アレイ20およびY軸受光アレイ22は、それぞれX軸およびY軸光源16および18に対向する、スクリーン14の2つの対向する側部上に配置される。受光アレイ20および22は、データエントリ操作のあいだにスクリーン14上の自由空間においてラミナ12を分断する入力デバイスによって生じるラミナ12中の任意の遮断、つまり「影」のX軸およびY軸座標を検出する。X軸およびY軸アレイ20および22に結合されたプロセッサ24は、この遮断のX軸およびY軸座標を計算するのに用いられる。共に用いられて、XおよびY軸アレイ20および22およびプロセッサ24は、ラミナ12中の遮断の位置を検出する光学位置検出装置を提供する。遮断の座標に基づいて、スクリーン14上のデータエントリが決定されえる。
光のラミナ12は、本発明のある実施形態によれば実質的に均質な強度である。受光するX軸およびY軸アレイ20および22における光電回路の必要とされるダイナミックレンジは、したがって最小化され、高い補間制度が維持される。しかし代替の実施形態においては、不均質なラミナ12が用いられえる。この状況においては、ラミナ12の最も輝度の低い領域がX軸およびY軸アレイ20および22によって用いられる光検出素子の光アクティベーションスレッショルドよりも高くなければならない。
本発明のさまざまな実施形態によれば、ディスプレイスクリーン14は、任意のタイプのデータディスプレイでありえる。例えば、スクリーン14は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバ、携帯コンピュータ、ラップトップコンピュータ、販売時点端末、携帯情報端末(PDA)、携帯電話、これらの任意の組み合わせ、またはデータエントリを受け付け処理する任意のタイプの装置のためのディスプレイでありえる。
本発明のある実施形態によれば、XおよびY入力光源16および18は、それぞれコリメートされた光ビームのソースである。コリメートされた光は、多くの異なるやり方の任意のもので発生されえる。例えば、コリメーティングレンズの焦点にマウントされた単一の光源からである。代替として、コリメートされた光ビームは、複数の点光源およびそれぞれコリメートされたレンズから発生されえる。さらに他の実施形態において、XおよびY入力光源16および18は、蛍光灯およびディフューザから作られえる。点光源または光源群は、発光ダイオード(LED)または垂直共振器表面発光レーザ(VCSEL)でありえる。
さらに他の実施形態において、この光源は、垂直レーザによってフィードされる間隔の空けられたファセットを持つ光発生器でありえる。
ラミナ12を作るために用いられるX軸およびY軸光源16および18によって発生される光の波長も、本発明の異なる実施形態によって変わりえる。例えば、この光は、白熱光源からの白色光のような350ナノメートルから1100ナノメートルの拡大された波長スペクトラム範囲を有する広帯域でありえる。代替として、入力光は、2ナノメートル内に範囲する制限されたスペクトラムを有する狭帯域光でありえる。狭帯域光の使用は、広帯域周囲雑音光のフィルタリングを可能にする。狭帯域光の使用はまた、光波長をX軸受光アレイ20およびY軸受光アレイ22の応答プロファイルに実質的に整合させることを可能にする。さらに他の実施形態において、均質化された単一の波長光が用いられえる。例えば、無線または遠隔データ転送通信においてよく用いられる赤外つまりIR光がこの応用例で用いられえる。
タイプによらず光源は、連続的に、またはオン/オフサイクルを用いて周期的に動作されえる。オン/オフサイクルは、電力を節約し、光源によって発生される熱を最小化し、ロックイン検出のような雑音を減らすための時間フィルタリングを許す。オフサイクルのあいだ、X受光アレイ20およびY受光アレイ22は、受動的つまり「ダーク」ライト(ノイズ)を計測する。ダークライト計測値は、オンサイクルのあいだに検出されたアクティブ光からそれから差し引かれる。よって差分は、周囲光によって発生されるDCバックグラウンドをフィルタリングする。それぞれのオフサイクルのあいだ、受動光は、較正もされえ、システムが変化する周囲光のパターンに適応することを可能にする。
さらに他の実施形態において、X軸およびY軸光源16および18は、オンおよびオフを間欠的にサイクル動作されえる。交互のサイクルのあいだ、X軸ソース16がオンであるときはY軸ソース18はオフであり、またその逆も成り立つ。この構成は、より少ないピーク電力を要求するが、これは1つの光源だけがある時点ではオンであり、それでいながらそれぞれのXおよびYオン/オフサイクルのあいだ各々、差分フィルタリングが起こることを可能にする。
電力消費を低減させるために、X軸およびY軸光源16および18について「スリープ」モードも使用されえる。もしデータ入力が所定の期間なされないなら、X軸およびY軸光源16および18の輝度が低くされえる。影による遮断がサンプリングされる速度も低い速度でなされ、例えば1秒に約5回である。影の遮断が検出されるとき、X軸およびY軸光源16および18の輝度およびサンプリングレートは全て通常の動作モードへ増される。もし所定の期間の後、影の遮断が検出されないなら、X軸およびY軸光源16および18は再び暗くされ、サンプリングレートも低減される。
X軸およびY軸アレイ20および22は、それぞれ基板導波路アレイおよび受光要素を含む。受光要素は、光信号を、受け取られた光の強度を示す電気信号に変換するよう構成される。具体的に、それぞれの基板は複数の導波路を有する。それぞれの導波路は、ラミナ12の近傍にある自由空間端、および受光要素の近傍にある出力端を有する。受光要素は、それぞれ導波路の出力端に取り付けられるか、または近接して配置されるかのいずれかである。導波路の使用および製造の詳細な説明については、本願の発明者であるDavid Grahamによる米国特許第5,914,709号を参照されたく、この特許は全ての目的のためにここで参照によって援用される。受光要素は、例えば電荷結合素子(CCD)またはCMOS/フォトダイオードアレイを用いるような、多くのよく知られたやり方を用いて実現されえる。いずれのタイプの画像化要素も多くの形態で実現されえ、これには、受光領域または要素を含む特定用途向け集積回路、プログラム可能な回路、または任意の他のタイプの集積化された、またはディスクリートの回路のような専用の集積回路を含む。再び、本発明と共に用いられえる受光要素のさまざまなタイプについてのさらなる詳細は、上述の特許において説明されている。用いられる受光要素のタイプによらず、XおよびY座標に沿って受け取られた光の強度を示す出力電気信号は、プロセッサ24に与えられる。プロセッサ24は、この電気信号に基づいて、入力動作のあいだにラミナ12中の遮断によって生じた、ラミナ中の任意の影の位置を決定する。
図2および3は、本発明のある実施形態による光伝送構造100の上面図および側面図をそれぞれ示す。光伝送構造100は、導波路102および光学レンズ104を含む。光伝送構造100は、底部クラッディング層120上に形成され、これは支持構造106上に形成される。上部クラッディング層122は、導波路102の上部表面を覆う。図2および3の破線の方向線は、光学構造100を通して伝わる光線のパスをおおまかに示す。方向矢印は、光学的構造100から出て送り出されている光線を示すが、光線は、破線によって示される実質的に同じパスに沿って光学的構造100へと受け取られえることが理解されよう。
導波路102および光学レンズ104は、ポリマーベースの材料、光学プラスチック、およびエポキシのような、光または光信号をその媒体を通して伝搬する任意の適切な材料で形成されえる。導波路102および光学レンズ104は、互いに一体化して形成されえ、別個に形成されてから互いに取り付けられ、または互いに対して近傍の位置に形成さえされえる。図2および3に示されるように、導波路102および104は、互いに一体化して形成される。一体化して形成された導波路102および光学レンズ104は、より簡単に製造されるが、これは2つの要素間でのアライメントの問題が減るからである。典型的には、導波路102および光学レンズ104は、同じ材料から形成される。しかし、導波路102および光学レンズ104が別個に形成されるある実施形態においては、これら2つの要素は、異なる材料から作られえる。
上部および底部クラッディング層122および120はそれぞれ、導波路102の光学的伝送品質を改善するよう働く。上部および底部クラッディング層122および120は、導波路102のそれを相補する屈折率を有するよう選択される。これらクラッディング層は、壊れやすい材料で作られえる導波路102を物理的に保護するようにも働く。図3において上部クラッディング層122は、導波路102を覆う。しかし代替の実施形態においては、上部クラッディング層122は、光学レンズ104の背面110も覆う。上部クラッディング層122は、光線が出たり入ったりして伝搬する光学レンズ104の表面を覆うべきではない。ある実施形態においては、上部クラッディング層が導波路102の上部表面には取り付けられない。これら実施形態においては、導波路102は、物理的保護なしのままであり、周囲空気がクラッディング層として振る舞う。空気の屈折率はしばしば光伝送の目的には最適でありえる。導波路102の構造をより明瞭に示すために、上部クラッディング層122は図2では示されないことに注意されたい。
底部クラッディング層120は、導波路102および光学レンズ104の下を延びる。ある実施形態においては、支持基板106がクラッディング層として振る舞いえるので、底部クラッディング層120は利用されない。これら実施形態においては、支持基板106は、その屈折率のために適切に選択されなければならない。
導波路102は、2つの点の間で光を伝送するための細長い構造である。本発明において、導波路102の一端は、光学レンズ104に接続され、他端は光源または光検出デバイスに接続されている。導波路102の光伝送能力は、導波路102の大きさを変えることによって調節されえる。例えば、導波路102の直径または幅および高さは、適切なサイズにされえる。導波路102の高さまたは厚さHWが図3に見られ、導波路102の幅WWが図2に見られる。導波路102の断面形状は、長方形または円形でありえる。
光学レンズ104は、高さまたは厚さを有し、HLはHWよりも大きい。光学レンズ104は、その導波路102との境界から高さが大きくなり、光学レンズ104の頂点HLに至る。背面110は、導波路102および頂点108の間の光学レンズ104の形状を規定する。この実施形態において、背面110は、実質的に平坦な表面を有する。光学レンズ104の高さは、光学レンズ104の前面が、2または3次元のいずれかで規定される曲面を有することを可能にする。光学レンズ104の2次元曲面は、例えばX−Y、X−Z、またはY−Z平面の単一の平面内で規定される輪郭を有する曲面である。換言すれば、この曲面は2次元内で定義される。3次元曲面は、3次元内で定義される。例えば、そのような曲面は、X−YおよびX−Z平面のような2つの平面のそれぞれの中で定義される輪郭形状を有する。説明されるように、図2および3の光学レンズ104は、曲面がX−YおよびX−Z平面の中で定義される輪郭形状を有する3次元曲面を有する。
光学レンズ104の前面は、頂点108から、支持基板106と境界を接するレンズ104の前端へと傾斜をつけて下がっていく。この傾斜は、図3の光学構造100の側面図において見られる。図3は、X−Z平面における光学構造100の断面図も示す。傾斜が付けられた表面は、曲面が付けられ、平面内コリメーティングレンズカーブ112を形成する。平面内コリメーティングレンズカーブ112は、光学レンズ104の前面にわたって形成され、外に出る光線を、それらが支持基板106の上部表面と実質的に平行になるようコリメートする。平面内コリメーティングレンズカーブ112は、光線の一部が支持基板106から離れて伝わることを許す代わりに、光線を支持基板にわたって導く。
平面内コリメーティングレンズカーブ112の輪郭は、支持基板106の上部表面に垂直な、特定の光線が伝搬する方向にアラインされる平面内で定義される。よって、平面内コリメーティングレンズカーブ112は、図3の側面図から見ることができ、これはX−Z平面も示す。図3は、図2の上面図において見られる導波路102の長さ方向軸116に沿って伝搬する光線についての平面内コリメーティングレンズカーブ112を示す。平面内コリメーティングレンズカーブ112の曲面は、光学レンズ104の高さおよび光学レンズ104の前面の導波路102からの距離に依存する。平面内コリメーティングレンズカーブの曲面は、光線の性質およびレンズ材料の屈折率および周囲の環境のような他のファクタにも依存する。図1のデータ入力システム10について、光学レンズ104の平面内コリメーティングレンズカーブ112は、入力光源16および18がより効率的に光のラミナ12を形成することを可能にするが、これはより少ない光の損失で済むからである。有利なことには、これは光12のラミナを形成するのに必要な電力要求を減らす。平面内コリメーティングレンズカーブ112がなければ、光学構造100からの光線は、回折し、光線の一部は支持基板106から離れて導かれるだろう。平面内コリメーティングレンズカーブ112と同じ機能を達成するために、追加の光学レンズが光学レンズ104の前に配置されなければならないかもしれない。これは、時間、努力、およびリソースの点で製造するのがより複雑な光学システムになりえる。例えば、追加のレンズを光学レンズ104とアラインさせるプロセスは時間がかかり、アライメント誤差の影響を非常に受けやすいかもしれない。
平面内コリメーティングレンズカーブ112は、半球状の弧の一部を形成する曲面を有することに注意されたい。したがって、光学レンズ104は、欠けている半分はx軸に沿った光学レンズ104の鏡面反射である、フルレンズのうちの半分を形成すると言える。後述のように、光学レンズ104の形状は、もし光学レンズ104がフルレンズ形状を有するであろう場合より容易に製造される。また、光学レンズ104の「ハーフレンズ」形状は、導波路102とのより簡単な一体化およびアライメントを可能にする。特に、光学レンズ104の「ハーフレンズ」形状は、光学構造100を製造するのにフォトリソグラフィ製造プロセスを理想的なものとする。
図3の側面図に見られるような平面内コリメーティングレンズカーブ112は、図2の光学レンズの上面図から見られる、方向性コリメーティングレンズカーブとは独立している。図2は、X−Y平面内の光学構造100の図を示す。方向性コリメーティングレンズカーブ114の輪郭形状は、支持基板106の上部表面と同一平面である平面内で定義される。方向性コリメーティングレンズカーブ114は、外に出る光線をコリメートし、互いに平行に単一の向きに伝搬するようにする。実質的に、方向性コリメーティングレンズカーブ114は、光学レンズ104が均質な光のビームを作ることを可能にする。図1のデータ入力システム10について、方向性コリメーティングレンズカーブ114は、それぞれの光学構造100がディスプレイスクリーン14にわたって伝搬する光の均質なビームを形成することを可能にする。
光学レンズ104は、光線が前部レンズ表面112および導波路102の間を伝搬することを可能にするような形状にされる。導波路102からの光の量が最大に、前部レンズ表面112によってコリメートされるために、背面110は、少なくとも以下の数式の角度を有しなければならない。
このような角度は、光学レンズ104の臨界角118と呼ばれる。n1は導波路102の屈折率であり、n2は上部クラッディング層120または底部クラッディング層122のいずれか大きいほうの屈折率であり、n3は光学レンズ104の屈折率である。光学レンズ104および導波路102が同じ材料から形成されるとき、n1およびn3は同じ値を有することに注意されたい。前部レンズ表面112によってコリメートされえる光の最大量は、光学レンズ104の形状のためにもともと制限されることに注意されたい。光学レンズ104は部分的なレンズ形状を有し、フルレンズはx軸に沿って光学レンズ104を反射する形状を有するので、導波路102から伝送される光の約半分が失われる。よって、光学構造100は、約3dBの光の損失を有する。ある実施形態においては、背面110に臨界角より少ない角を持たせることによって、より小さいHLを持つ光学レンズを得るためにいくらかの光の損失を犠牲にすることは適切である。代替の実施形態において、光学レンズ104の背面110は、臨界角118によって定義される平坦な面よりも上がりえる(図4および5)。このような実施形態も、臨界角118より上の材料が光学レンズ104の残りを通して伝搬する光線に影響を与えないので、効果的である。
図2の上面図から見られるように、光学レンズ104は、光学レンズ104の幅WLが光学レンズ104が導波路102から延びるにしたがい増す、コーン形状を有する。光学レンズ104のコーン形状は、導波路102からの光線が光学レンズ104を通って拡大し、その後、方向性レンズカーブ114によってそれらは均質なビームにコリメートされる。光学レンズ104のコーンのような比率は、それぞれの光学構造100の光学パフォーマンス要求に依存する。
代替の実施形態において、光学レンズ104は、さまざまなサイズおよび形状を有しえる。例えば、光学レンズ104は、図2の上面図から見られるようなコーン形状を有しなくてもよい。また、光学レンズ104は、光線が光の均質なビームとして放射されなくてもよい場合においては、図2の上面図から見られるような平坦な前部表面を有してもよい。ある実施形態においては、光学レンズ104は、50〜200μmの範囲の高さHL、および約0.8〜1.2mmの範囲の長さを有しえる。ときには光学レンズ104のサイズは、例えば図1に示すディスプレイスクリーンのような、それが利用されるシステムのサイズによって制約を受ける。光学レンズ104の特定のサイズは、光学構造100および周囲の環境についての相対的な屈折率によっても決定される。例えば、光学構造100を囲むクラッディングのタイプも、光学レンズ104の寸法の決定要素である。
支持構造106は、光線が例えば図1に示されるディスプレイスクリーン14をわたって導かれるよう意図される任意の表面でありえる。代替として、支持構造106は、ディスプレイスクリーンから別個の構造でありえる。例えば、支持構造は、ディスプレイスクリーンのような動作表面の近傍にそれから配置されるそれぞれの光学構造100を支持する別個のマウント表面でありえる。これら他の実施形態において、支持構造は、プラスチック、エポキシ、またはポリマーの層でありえる。支持構造106は、導波路102を物理的損傷から保護し、導波路102の光伝送効率を増すよう意図されるクラッディング層でありえる。
ある実施形態において、マルチ光学構造100がロウ状に形成され、複数の光ビームが図1のディスプレイスクリーン14のような動作表面にわたって導かれる。同時に、光学構造100の他のロウがそれぞれの光ビームを受け取るよう形成される。このような光学構造の2つのセットは、光ビームがディスプレイスクリーン14にわたってXおよびY軸のような2つの軸に沿って伝わるよう形成されえる。
図4および5は、本発明の代替の実施形態による光伝送構造200の上面図および側面図をそれぞれ示す。光学伝送構造200は、導波路202および光学レンズ204を含む。光学伝送構造200は、支持構造206上に形成される。図2および3の破線の方向線は、光学構造100を通して伝わる光線のパスをおおまかに示す。方向矢印は、光学的構造100から出て送り出されている光線を示すが、光線は、破線によって示される実質的に同じパスに沿って光学的構造100へと受け取られえることが理解されよう。
上部クラッディング層は、導波路202および光学レンズ204の上部に適用されないことに注意されたい。光学構造200を支持する底部クラッディング層もないことに注意されたい。しかし、支持基板206は、適切な屈折率を有するように支持基板206の材料を選択することによって、底部クラッディング層として働きえる。
図2および3について記述されるように、光学レンズ104も図5に見られる平面内コリメーティングレンズカーブ212および図4に見られる方向性レンズカーブ214を有する。しかし、図5に見られるように、光学レンズ204は、図3に示されるように臨界角118を超えて延びる背面210を有する。後部表面210は、それが導波路202に接合するよう急に落ちるまでは実質的に均質である高さHLを有する。また、図4の上面図から見られるように、光学レンズ204は、均質な幅WLを有する延長された部分208を有する。場合によっては、光学レンズ204の特定の寸法および比率は、容易に製造されえ、容易に他のシステムと一体化されえる。
図6は、本発明のある実施形態による光学構造を製造する方法を記述するフロー図300を示す。ある実施形態において、製造された光学構造は、3次元で定義される曲面を有するレンズ表面を有する。図7および8も、フロー図300の操作をより完全に示すために、図6と共に説明される。図7および8は、フォトポリマー材料層が本発明のある実施形態によって処理される、支持基板402に塗布されたフォトポリマー材料400の層の上面図および側面図を示す。
一般に、フロー図300は、フォトポリマー、グレイスケールマスク、およびフォトリソグラフィ技術の使用を通して光学構造を製造することを記述する。しかし、本発明の光学構造を製造する他の技術が存在することが理解されよう。例えば、所望のサイズおよびスケールでレンズ構造を作るには、マイクロモールディング技術が用いられえる。また、レンズ構造は、3次元グレイスケールフォトレジスト構造、「リフロー」技術によって製造され、その後、反応性イオンエッチングを含む「ドライ」インダストリアルエッチングプロセスによる3次元レジスト構造、イオンミリング、および他のプラズマベースの組み合わせおよび方法を用いて、ガラス、プラスチック、セラミック、および他の材料で作られえる。
フォトポリマーは、ポリマー、オリゴマー、またはモノマーに基づく画像化組成であり、これらは紫外光のような光照射に曝されると、選択的に重合化および/または架橋化されえる。フォトポリマーは、パターン付け可能なシステムとして産業的に活用され、ここでポリマー化学物質中の光に誘起された化学反応は、露光された領域および露光されない領域(マスクされた)の間の溶解性の異なる変化を生じる。フォトポリマーは、フィルム/シート、液体、溶液などを含む異なる形態に作られえ、これは、フォトレジストとして印刷された板において、およびステレオリソグラフィおよび画像化において用いられえる。フォトポリマーのある従来からの利用は、印刷用板を形成することであり、ここではフォトポリマー板が光のパターンに曝され、印刷用プレートを作る。このプレートは、それからインクによる印刷に用いられる。フォトポリマーは、電子およびマイクロデバイス産業において、半導体チップ、プリント回路基板、および他の製品上の微小回路における複雑なパターンを作るために用いられるフォトレジストとして広く用いられる。フォトポリマーは、光ファイバーを取り付けるのに用いられる紫外接着剤として、および他の産業応用例のためにも用いられる。
フォトポリマー材料は、パターン付けされたマスクを通るよう導かれた光に露光されえる。このようなパターン付けされたマスクは、グレイスケールマスクでありえる。グレイスケールマスクは、所望のパターンで光が透過することを許すのに加えて、光がマスクをさまざまな強度で透過することを許すように設計されたパターンを有する。したがってグレイスケールマスクは、フォトポリマー層がさまざまな光強度を有する光のパターンに露光されることを可能にする。このようにして、フォトポリマー層の一部は、受け取られた光の強度のレベルに依存して除去されえる。これは、フォトポリマー材料除去の深さが制御されえることを意味する。例えば、全体の部分からフォトポリマー材料が除去されえ、またはフォトポリマー材料の一部がさまざまな厚さを有するフォトポリマー材料の残りの層を残すように除去されえる。したがってフォトポリマーは、3次元において所定の寸法を持つ特定の構造に形成されえる。本発明の代替の実施形態において、光を完全に透過し、または完全に阻止するいずれかのマスクも用いられえる。
図6のフロー図300は、ブロック302で開始し、ここでフォトポリマー材料の層400が支持基板402の上部表面上に塗布される。フロー図300の記述で言及される参照番号は、図6、7、および8に示される参照番号を反映する。フォトポリマー材料400の層は、典型的には比較的均質な厚さを有する。製造プロセス300のいくつかの実施形態は、図2〜5に見られる光学構造を作るのに用いられるので、フォトポリマー層400は、光学レンズの高さHLに少なくとも等しい厚さを有しなければならない。フォトポリマー材料は、効率的に光を伝送する品質でなければならない。例えば、フォトポリマー材料は、非常に透明な品質でありえる。フォトポリマー材料は、フォトリソグラフィの目的のためにはポジティブまたはネガティブトーンでありえる。
支持基板402は、フォトポリマー材料層400が塗布される上部表面を有する。支持基板402は、典型的には、フォトポリマー材料400の層が処理されえるようにフォトリソグラフィシステム内にマウントされえる基板である。支持基板402は、以下に限定されないがプラスチック、ポリマー、セラミック、半導体、金属、およびガラスのような材料から形成されえる。支持基板402は、フォトポリマー材料から形成される導波路を囲むよう意図されたクラッディング層でもありえる。そのようなクラッディング層は、フォトポリマー層400から形成される構造を保護し、その固有屈折率は、フォトポリマー材料を通しての光の伝送を促進する。製造プロセスの最後において、支持構造402およびフォトポリマー材料層400から形成される構造は、搬送され、それから図1に示されるような光入力装置10のような装置に取り付けられえる。
代替の実施形態において、底部クラッディング層が支持基板402に塗布され、その後、フォトポリマー材料層400がそれから底部クラッディング層の上部に塗布される。図6〜8に示され記述された実施形態において、材料の選択に依存して、支持基板402は、底部クラッディング層として働きえる。底部クラッディング層は、フォトリソグラフィ技術を通して支持基板206の表面にも塗布されえる。
ブロック304において、フォトポリマー材料400の層は、パターン付けされたグレイスケールマスク404で作られる光のパターンに露光される。これは、パターン付けされたグレイスケールマスク404を通して光源を照射することによって、またはこのマスクを光が透過することを阻止することによって実行される。グレイスケールマスク404は、フォトポリマー材料層400内で導波路および光学レンズを作るようパターン付けされる。導波路および光学レンズは、図2〜5に示されるように一体化されて形成されえる。図2および3からの同じ参照番号を用いて、図7および8において斜線が付けられた領域は、フォトポリマー材料層400内に形成される導波路102および光学レンズ104を表す。換言すれば、斜線が付けられた領域は、フォトリソグラフィプロセスを完了した後に残るフォトポリマー層400の部分を表す。図7の上面図は、グレイスケールマスク404が、導波路102および光学レンズ104以外のフォトポリマー材料層400の領域に光を当てることを可能にし、逆に導波路102および光学レンズ104を形成するフォトポリマー材料400を露光されることから保護する。
グレイスケールマスク404を通して照射する光は、図8において方向を持つ破線406によって表される。マスク404のグレイスケールの性質は、光がさまざまな強度で透過することを可能にし、したがって光がフォトポリマー材料層400をさまざまな深さまで侵入することを可能にする。それぞれの線406の端点は、それぞれの光線がフォトポリマー材料層400に侵入する深さを表す。フォトポリマー層400の材料組成は、光侵入の深さによるだけ露光によって変化され、この露光勾配によって作られたフォトポリマーシステムに化学変化を生じる。露光勾配は、マスクを透過する光線がさまざまな強度を有するようなグレイスケールマスクによって作られた光のパターンを指す。このようにして、光学レンズ104のような3次元(つまり「高低が付けられた」)構造がフォトポリマー材料層400から形成されえる。具体的には、平面内コリメーティングレンズカーブ112を有する前面レンズ表面は、図8の側面図で見られるように形成されえる。上述のように平面内コリメーティングレンズカーブは、支持構造106の上部表面に垂直な平面内で定義される輪郭を有する。また、前面レンズ表面は、図7の上部平面図に見られるように、方向性コリメーティングレンズカーブ114を有する。上述のように、方向性コリメーティングレンズカーブは、支持構造106の上部表面と同一平面である平面内で定義される輪郭を有する。また、光学レンズ104は、導波路102から光学レンズ104の上部まで傾斜し、延びる背面110を有する。グレイスケールマスク404は、以下の数式の臨界角118より上に少なくともそれが上がる限り、背面110が任意の形状を有しえるようパターン付けされえる。
ここで、n1は導波路102の屈折率であり、n2は支持基板402屈折率であり、n3は光学レンズ104の屈折率である。
ブロック304の代替の実施形態において、フォトポリマー材料層400は、フォトポリマー材料層400内にさまざまな構造を形成するために、グレイスケールマスク404を通してさまざまな光のパターンに露光されえる。例えば、さまざまな3次元または2次元構造が形成されえる。具体的には、光学レンズ104は、平面内コリメーティングまたは方向性コリメーティングカーブのうちのいずれかを有するレンズ表面を有しえる。方向性コリメーティングレンズカーブ114だけを有する光学レンズ104は、光学構造は平坦な上部表面を有するような、導波路102と同じ高さを有しえる。
導波路102は、四角形または丸い断面形状を有するよう形成されえる。ある実施形態において、導波路102は、それぞれ約8〜10ミクロンの高さおよび幅を有する四角形の断面形状を有するよう形成されえる。導波路102の長さ方向の寸法は、光源または光検出器へ接続するために直線的なまたは曲線的なパスに沿って延びえる。
フォトポリマー材料層400の使用は有利であるが、これは光学レンズ104および導波路102が互いに一体化するよう容易に製造されえるからである。これは導波路を光学レンズにアラインさせる困難な仕事をなくすからである。平面内コリメーティングレンズカーブ112を有する光学レンズを形成できる能力も、平面内コリメーティングレンズカーブ112の機能を実行するために別個のレンズが必要ないという点で、ある種の光学構造の製造プロセスを簡略化する。このような別個のレンズは、レンズそのものにも、位置付けおよびアライメントにもさらなるリソースを要求するだろう。
同一の光学レンズ構造は、ネガティブトーン光学フォトポリマーと共にポジティブトーンマスクを用いて、またはポジティブトーン光学フォトポリマーと共にネガティブトーンマスクを用いることによって、フォトポリマー中に作られえる。ポジティブフォトポリマー材料システムおよびネガティブトーンフォトポリマー材料システムは、現像後に3次元のポリマー構造を生じる、露光勾配を作るためにグレイスケールマスキング技術と共に用いられえる。再び、フォトポリマー材料によって形成される構造は、導波路および光学レンズのような工学的に作られた構造を形成する。
図7および8において、露光されるフォトポリマー材料層400の一部は、後続の現像プロセスのあいだ除去されえる(ポジティブトーン)。図8のそれぞれの破線406の長さは、フォトポリマー材料層400上を照射するそれぞれの光線のエネルギーベクトル、または光エネルギーの量を表しえる。
フォトポリマー材料層がネガティブトーンである代替の実施形態において、光はフォトポリマー材料を架橋化させ、ポジティブトーンフォトポリマーシステムで形成されるものより強い構造へ変化させる。フォトポリマー材料の露光されていない領域は、洗い流される。図8のそれぞれの破線406の長さは、ポジティブトーンフォトポリマー材料層についてのそれぞれの光線の光エネルギーに比例すると考えられえる場合、それぞれの破線406によって表されるエネルギーの逆数が、ネガティブトーンフォトポリマー材料層について適切である。
製造プロセス300のある実施形態において、導波路102および光学レンズ104の両方からなる複数の光学構造が形成されえる。複数の光学構造は、光ビームのアレイが光学レンズ104から導かれるよう形成されえる。そのような光ビームのアレイは、図1に示される光のラミナ12を形成しえる。
ブロック306において、現像溶液がフォトポリマー材料層400上に流されて、フォトポリマー材料層400を現像する。現像溶液は、有機溶剤または水溶溶剤でありえる。例示的な現像溶液は、以下に限定されないが、メチルイソブチルケトン(MIBK)、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、および水酸化カリウム(KOH)を含む。プラズマベースの処理を用いたドライ現像も可能である。現像溶液は、露光された領域を露光されていない領域とは異なる速度で除去し(異なる溶解度がフォトポリマー中で光誘起された化学反応によって誘起される)、現像プロセスの後に有用なパターンを生じる。露光されなかったフォトポリマー材料400の一部はそのまま残り、導波路102および光学レンズ104のような所望の構造を形成する。
ブロック308において、他の水溶性溶液、例えば有機溶剤が現像溶液およびフォトポリマー材料層400の溶解した部分をリンスするのに用いられる。
それからブロック310において、フォトポリマー材料層400から形成され残っている光構造および支持基板402が乾燥プロセスへ移される。このプロセスにおいて、リンスのための水溶液が乾燥される。ブロック310の乾燥操作は、加熱、スピニング、および/または空気ブローイングのようなさまざまなやり方で実行されえる。
支持基板402およびフォトポリマー材料層400は、半導体製造に適するもののようなフォトリソグラフィシステム内に合うサイズおよび形状で形成されえる。ある実施形態において、支持基板402およびフォトポリマー材料層400は、フォトリソグラフィシステム内に置かれえる半導体ウェーハのようなウェーハ上に形成されえる。
方法300の実現例の中には、上部クラッディング層は、導波路102および光学レンズ104の上部に設けられえる。
本発明は、いくつかの好ましくは実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の範囲に含まれる代替物、組み合わせ、および等価物が存在する。本発明の方法および装置を実施する多くの代替のやり方が存在することにも注意されたい。したがって以下の添付の特許請求の範囲は、そのような全ての代替物、組み合わせ、および等価物を本発明の真の精神および範囲に含むよう解釈されるべきであると意図される。
Claims (23)
- 光学構造を製造する方法であって、
フォトポリマー材料層を、支持基板上に形成された底部クラッディング層上に塗布すること、
所定の光のパターンが前記マスクを異なる強度で透過することを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを提供すること、
前記フォトポリマー材料の層を、前記グレイスケールマスクを通して導かれる光に露光させ、前記フォトポリマー材料の選択された部分が露光され、異なる強度の光線を有する光の露光勾配に曝されるようにすること、
前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去すること、および
前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ること
を含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記光学レンズは3次元的に輪郭が付けられた形状を有する方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記導波路が、前記光学レンズと一体化された第1端、および光源または光検出器に接続された第2端を有する長手方向の構造を形成するよう前記導波路を形成すること
をさらに含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズは、前記導波路の高さより高い高さを有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。 - 請求項4に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記支持基板の上部表面に垂直な平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する平面内コリメーティングレンズカーブを有するように形成することであって、前記導波路から伝送される光線は、前記光学レンズによってコリメートされることによって、前記光線が、前記支持基板の前記上部表面と実質的に同一平面である平面内を、前記平面内コリメーティングレンズカーブを通って放射される、形成すること
をさらに含む方法。 - 請求項5に記載の方法であって、前記平面内コリメーティングレンズカーブは、前記支持表面から前記光学レンズの最大高まで延びる前部レンズ表面を定義する方法。
- 請求項5に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記支持表面の前記上部表面と同一平面である平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する方向性コリメーティングレンズカーブを有するように前記光学レンズを形成することであって、前記導波路から伝送される前記光線はコリメートされることによって、前記方向性コリメーティングレンズカーブを通して放射された前記光線の実質的に全てが互いに平行であり単一の向きに伝搬する、形成すること
をさらに含む方法。 - 請求項5に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記導波路に結合する第1端および前記光学レンズの最大高へ延びる第2端を有する傾斜された背面を有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。 - 請求項8に記載の方法であって、
前記導波路上に上部クラッディング層を塗布すること
をさらに含む方法。 - 請求項5に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが前記導波路から遠ざかるにつれて広がる幅を前記光学レンズが有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。 - 光学構造を製造する方法であって、
フォトポリマー材料層を、支持基板上に塗布すること、
前記フォトポリマー材料の層を光の露光勾配に曝すことであって、前記光の露光勾配は、前記光が前記マスクを異なる強度で通ることを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを通して光を導くことによって形成される、曝すこと、
前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去することであって、前記光学レンズは、前記導波路の高さより大きい高さを有し、前記光学レンズは傾斜されカーブが付けられた前部レンズ表面を有する、現像すること、および
前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ること
を含む方法。 - 請求項12に記載の方法であって、前記露光操作は、
前記フォトポリマー材料を前記光の露光勾配に曝すことによって、前記現像操作のあいだに、前記光学レンズと一体化された第1端、および光源または光検出器に接続された第2端を持つ細長い形状を有するよう導波路を形成すること
をさらに含む方法。 - 請求項12に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記支持表面の前記上部表面と同一平面である平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する方向性コリメーティングレンズカーブを有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。 - 請求項12に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記導波路に結合する第1端および前記光学レンズの最大高へ延びる第2端を有する傾斜された背面を有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。 - 請求項12に記載の方法であって、
その屈折率が前記支持基板が底部クラッディング層として振る舞うことを可能にするように前記支持基板を形成する前記材料を選択すること
をさらに含む方法。 - 光学構造を製造する方法であって、
フォトポリマー材料層を、支持基板上に形成された底部クラッディング層上に塗布すること、
所定の光のパターンが前記マスクを異なる強度で透過することによって、前記フォトポリマー材料の選択された部分が異なる強度の光に露光されることを可能にするパターン付けされたグレイスケールマスクを通して導かれる光に、前記フォトポリマー材料の層を露光させること、
前記フォトポリマー材料の層を現像溶液で現像することによって、前記フォトポリマー材料の残りの部分が光学レンズと一体化された導波路を形成するよう、前記フォトポリマー材料の層の一部を除去することであって、前記光学レンズは、3次元で定義される曲面を有する前部レンズ表面を有し、前記導波路から伝送される光線は前記光学レンズによってコリメートされ、前記光線は、前記支持基板の上部表面と実質的に同一平面である平面内を前記前部レンズ表面を通って放射される、現像すること、および
前記フォトポリマー材料の層をリンスすることによって、前記フォトポリマー材料の除去された部分を流し去ること
を含む方法。 - 請求項17に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズは、前記導波路の高さより高い高さを有するように前記光学レンズを形成すること
をさらに含む方法。 - 請求項17に記載の方法であって、前記現像操作は、
前記光学レンズが、前記支持表面の前記上部表面と同一平面である平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する方向性コリメーティングレンズカーブを有するように前記光学レンズを形成することであって、前記導波路から伝送される前記光線はコリメートされることによって、前記方向性コリメーティングレンズカーブを通して放射された前記光線の実質的に全てが互いに平行であり単一の向きに伝搬する、形成すること
をさらに含む方法。 - 光学構造を製造するシステムであって、
上部表面を有する支持基板、
前記支持基板の前記上部表面上に形成された底部クラッディング層、
前記底部クラッディング層に塗布されたフォトポリマー材料の層、
光を放射する光源、および
前記光源からの光の所望のパターンが前記フォトポリマー材料の層に放射し、前記グレイスケールパターンは、異なる強度レベルで光が前記グレイスケールマスクを透過することを可能にするグレイスケールパターンを有するパターン付けされたグレイスケールマスクであって、フォトリソグラフィプロセスを通じて、一体化された光学レンズを持つ導波路が前記フォトポリマー材料の層中に形成される、グレイスケールマスク
を備えるシステム。 - 請求項20に記載のシステムであって、光学レンズは、前記導波路の高さより大きい高さを有するシステム。
- 請求項21に記載のシステムであって、前記光学レンズは、3次元で定義される曲面を有する前部レンズ表面を有し、前記導波路から伝送される光線は前記光学レンズによってコリメートされることによって、前記光線は、前記支持基板の上部表面と実質的に同一平面である平面内を前記前部レンズ表面を通って放射されるシステム。
- 請求項22に記載のシステムであって、前記前部レンズ表面が、前記支持表面の前記上部表面と同一平面である平面内で少なくとも実質的に定義される輪郭を有する方向性コリメーティングレンズカーブを有し、前記導波路から伝送される前記光線はコリメートされることによって、前記方向性コリメーティングレンズカーブを通して放射された前記光線の実質的に全てが互いに平行であり単一の向きに伝搬するシステム。
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