JP6158853B2 - 物体の位置を符号化する装置、システム、および方法 - Google Patents

物体の位置を符号化する装置、システム、および方法 Download PDF

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Description

本発明は、物体の位置を符号化する装置に関する。本発明は、さらに、対応するシステ
ムおよび方法に関する。
先行技術のタッチパッドは、インタロゲーション区域(有効領域)の外側で導波される光
が指などの物体によって乱されることがあるので、不正確であることがある。そのために
、先行技術のタッチパッドの問題は、有効領域の外側の光のそのような乱れに起因してタ
ッチパッドが誤った読みをする傾向があることである。
本発明の目的は上述の問題を解決することである。
本発明の別の目的はタッチパッドを簡単に製造できるようにすることである。
本発明の目的は、物体の位置を符号化する装置によって達成され、該装置は、第1の光
源と、第1の光源から第1のコリメート光を形成するように構成された第1のコリメート素
子と、光を導波するように構成されるとともに、第1の一次光方向転換構造体と第2の一次
光方向転換構造体とを含む担体と、符号化面の有効領域に対する物体の位置を符号化する
検出器デバイスと、を含み、前記第1の一次光方向転換構造体が、第1の光ビームの少なく
とも一部を前記有効領域を通して前記第2の一次光方向転換構造体に方向転換させるよう
に構成され、かつ前記第2の一次光方向転換構造体が、前記第1の一次光方向転換構造体か
ら受けた光を前記検出器デバイスに方向転換させるように構成される。
それによって、コリメート光ビームを、担体に沿って、および第1の一次光方向転換手
段を介して担体から有効領域に伝搬させることが達成される。コリメート光により、担体
の制御部分はコリメート光の伝搬のために確実に利用される。
追加の実施形態および利点は、発明を実施するための形態および特許請求の範囲において以下で開示される。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
物体の位置を符号化する装置であって、
第１の光源と、
前記第１の光源から第１のコリメート光を形成するように構成された第１のコリメート素子と、
光を導波するように構成されるとともに、第１の一次光方向転換構造体と第２の一次光方向転換構造体とを含む担体と、
符号化面の有効領域に対する物体の位置を符号化する検出器デバイスと、
を含み、
前記第１の一次光方向転換構造体が、第１の光ビームの少なくとも一部を前記有効領域を通して前記第２の一次光方向転換構造体に方向転換させるように構成され、かつ
前記第２の一次光方向転換構造体が、前記第１の一次光方向転換構造体から受けた光を前記検出器デバイスに方向転換させるように構成される、装置。
（項目２）
前記担体が、第１の二次光方向転換構造体と第２の二次光方向転換構造体とをさらに含み、
前記第１の二次光方向転換構造体が、第２の光ビームの少なくとも一部を前記有効領域を通して前記第２の二次光方向転換構造体に方向転換させるように構成され、
前記第２の二次光方向転換構造体が、前記第１の二次光方向転換構造体から受けた光を前記検出器デバイスに方向転換させるように構成される、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記第１のコリメート光の少なくとも一部を前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとに分割するように構成されたビームスプリッタ構造体を含む、項目２に記載の装置。
（項目４）
第２の光源と、前記第２の光源から第２のコリメート光を形成する第２のコリメート素子と、を含み、前記第２の光ビームが前記第２のコリメート光の少なくとも一部を含む、項目２または３に記載の装置。
（項目５）
前記第１の一次光方向転換構造体がプリズム構造体を含む、項目１から４のいずれか一項に記載の装置。
（項目６）
前記プリズム構造体が、平面を有する第１のプリズムを含む複数のプリズムを含む、項目５に記載の装置。
（項目７）
前記第１のプリズムの前記平面の法線と前記符号化面とが、約０°から約１５°までの範囲内の角度を形成する、項目６に記載の装置。
（項目８）
前記第１のプリズムの前記平面が、前記符号化面に垂直であるとともに前記第１の光ビームに対して入射角を形成し、前記入射角が、３０°から約６０°の範囲にあり、好ましくは約４５°である、項目６または７に記載の装置。
（項目９）
前記第１のプリズムの屈折率が、前記担体の屈折率よりも小さい、項目６または７に記載の装置。
（項目１０）
前記第１の一次光方向転換構造体が回折透過格子を含む、項目１から９のいずれか一項に記載の装置。
（項目１１）
前記第１の一次光方向転換構造体が、回折反射格子を含む、項目１から１０のいずれか一項に記載の装置。
（項目１２）
前記有効領域が空気である、項目１から１１のいずれか一項に記載の装置。
（項目１３）
前記有効領域を少なくとも部分的に画定する第１の表面区域を有するスラブ導波路を含む、項目１から１２のいずれか一項に記載の装置。
（項目１４）
前記スラブ導波路、前記第１の一次光方向転換構造体および第２の一次光方向転換構造体、ならびに前記第１の二次光方向転換構造体および第２の二次光方向転換構造体が同じ面に含まれる、項目１３に記載の装置。
（項目１５）
前記第１の一次光方向転換構造体および第２の一次光方向転換構造体、ならびに前記第１の二次光方向転換構造体および第２の二次光方向転換構造体が、前記スラブ導波路を含む前記面から変位された面に含まれる、項目１３に記載の装置。
（項目１６）
前記担体が、第１のミラーと第２のミラーとをさらに含み、前記第１のミラーが前記第１の光ビームの一部を反射するように構成され、かつ前記第２のミラーが前記第２の光ビームの一部を反射するように構成される、項目２から１５のいずれか一項に記載の装置。
（項目１７）
前記第２の一次光方向転換構造体からの光を前記検出器に集束させるために前記検出器の前に配置された第１の円柱レンズをさらに含む、項目１から１６のいずれか一項に記載の装置。
（項目１８）
前記プリズム構造体が埋め込み反射鏡を含むか、または前記プリズムが反射被膜を含む、項目５に記載の装置。
（項目１９）
前記有効領域を伝搬する光を乱す物体の位置を、前記検出器によって受けた光強度の変化として決定するように構成される、項目１から１８のいずれか一項に記載の装置。
（項目２０）
前記プリズム構造体のプリズムの辺長が、前記有効領域１０９を伝搬する前記光の波長に、前記複数のプリズムが形成される前記有効領域１０９の側部の長さを乗算して、さらに係数で除算した値の平方根として決定され、前記係数が３と１０との間で選ばれ、好ましくは１０である、項目６に記載の装置。
（項目２１）
前記光源が、周囲光の影響の抑制を可能にするために強度変調される、項目１から２０のいずれか一項に記載の装置。
（項目２２）
物体の位置を符号化する方法であって、
第１の一次光方向転換構造体において、コリメート素子を介して光源から受けた第１の光ビームの少なくとも一部を有効領域を通して第２の一次光方向転換構造体に方向転換させる段階と、
前記第２の一次光方向転換構造体において、前記第１の一次光方向転換構造体から受けた前記光の少なくとも一部を検出器デバイスに方向転換させる段階と、
前記有効領域に対する前記物体の位置を前記検出器デバイスにおいて受けた光の量に応じて符号化する段階と、
を含む、方法。
（項目２３）
第１の二次光方向転換構造体において、第２の光ビームの少なくとも一部を有効領域を通して第２の一次光方向転換構造体に方向転換させる段階と、
第２の二次光方向転換構造体において、前記第１の二次光方向転換構造体から受けた前記光の少なくとも一部を前記検出器デバイスに方向転換させる段階と、
をさらに含む、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記コリメート素子から受けた前記第１の光ビームを前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとに分割する段階を含む、項目２２に記載の方法。
（項目２５）
物体の位置を符号化するシステムであって、項目１から２１のいずれか一項に記載の装置を含み、物体が有効領域の光を乱す、システム。
次に、本発明が図面を参照しながら以下でより完全に説明される。
プリズムとして形成された光方向転換手段を含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 回折透過格子として形成された光方向転換手段を含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 回折反射格子として形成された光方向転換構造体を含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 有効領域と一直線に並んだ担体と、プリズムとして形成された光方向転換構造体とを含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 有効領域の上の担体と、プリズムとして形成された光方向転換構造体とを含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 有効領域の下の担体と、プリズムとして形成された光方向転換構造体とを含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 空気中に形成された有効領域と一直線に並んだ担体と、プリズムとして形成された光方向転換構造体とを含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 空気中に形成された有効領域と一直線に並んだ担体と、回折構造体として形成された光方向転換構造体とを含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 有効領域の上の担体と、回折構造体として形成された光方向転換構造体とを含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 有効領域の下の担体と、回折構造体として形成された光方向転換構造体とを含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 有効領域と一直線に並んだ担体と、回折構造体として形成された光方向転換構造体とを含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 2つのミラーと、ビームスプリッタの近くに配置された検出器とを含む、物体の位置を符号化する装置を示す図である。 図１３Ａは担体が有効領域と一直線に並んでいる装置の一実施形態の図12のI-Iでの断面図である。図１３Ｂは担体が有効領域と一直線に並んでいる装置の一実施形態の図12のII-IIでの断面図である。 図１４Ａは担体103の面が有効領域109の面に対してZ方向にシフトされている装置の一実施形態の図12のI-Iでの断面図である。図１４Ｂは担体103の面が有効領域109の面に対してZ方向にシフトされている装置の一実施形態の図12のII-IIでの断面図である。 2つの光源を含む装置の一実施形態を示す図である。
図1は物体（object）の位置を符号化する（encoding）装置100の一実施形態を示す。装
置100は光源101を含む。光源101は、例えば、発光ダイオード(LED)、白熱電球、レーザ、
垂直共振器表面発光レーザ(VCSEL)、または有機発光ダイオード(OLED)などとすることが
できる。さらに、装置は、コリメートレンズまたは他の光学コリメータなどのコリメート
素子102を含むことができる。
装置100は担体（carrier）103をさらに含むことができる。担体103は、例えば、光を導
波する第1の光導波路110と第2の光導波路113とを含むことができる。さらに、担体103は
第1の一次光方向転換構造体（firstprimary light redirecting structure）104と第2の
一次光方向転換構造体（second primary light redirecting structure）105とを含むこ
とができる。光方向転換構造体104、105は、例えば、それぞれ第1の光導波路110および第
2の光導波路113に形成することができる。
さらに、装置100は有効領域（activearea）109をさらに含むことができる。有効領域1
09は、例えば、空気で形成するか、または例えばアクリルガラスなどの高分子、もしくは
石英ガラスなどで製作された光スラブ導波路として形成することができる。代替として、
有効領域109は、光の通過および/または導波を可能にする任意の他の媒体で製作すること
ができる。
装置100は、さらに、検出器108を含む。例えば、検出器はいくつかの画素を含むCMOSア
レイまたはCCDアレイとすることができ、例えば、検出器108は256画素リニアCMOSアレイ
を含むことができる。したがって、検出器はいくつかの画素にわたって光強度を示すこと
ができる場合がある。
図4に示されるような一実施形態では、担体103および有効領域は同じ面401(例えば、図
1のX-Y面)に含まれ、かつ担体103は、例えば、図1に示されるように、有効領域109を囲む
正方形または他の幾何学的図形(長方形または円など)を形成することによって有効領域10
9を囲む。
担体103および有効領域109が同じ面に含まれ、かつ担体103が有効領域109を囲む場合、
有効領域109は、上述したように、空気とする、または石英ガラスなどのような光導波材
料で製作された光スラブ導波路とすることができる。
図5に示されるような一実施形態では、担体103は、有効領域109を含む第2の面502の上
の第1のX-Y面501に含まれる。
図6に示されるような一実施形態では、担体103は、有効領域109を含む第2の面602の下
の第1のX-Y面601に含まれる。
担体103および有効領域109が、例えば図5および図6に示されたように異なる面に含まれ
る場合、有効領域109は、上述したように、石英ガラスなどのような光導波材料で製作さ
れた光スラブ導波路とすることができる。さらに、担体103および有効領域109が異なる面
に含まれる場合、担体103は有効領域109の縁部のまわりで他の面501、601に配置すること
ができる。
図1の実施形態では、コリメート素子102を担体103に含むことができる。代替として、
コリメート素子102は担体103に対して外側のコリメートレンズとすることができる。コリ
メート素子102からのコリメート光は担体103の光導波路に結合することができ、その結果
、コリメート光を引き続いて第1の光導波路110によって導波することができる。例えば、
コリメート光は第1の光導波路110中で全反射によって導波される。
一実施形態では、コリメート光は、担体103の第1の部分110においてコリメート素子102
を介して担体103に結合される。担体103の第1の部分は、例えば、図1に示された正方形の
担体の第1の側部とすることができる。上述のように、正方形の担体103の第1の側部110を
形成する光導波路は第1の一次光方向転換構造体104を含むことができる。
第1の一次光方向転換構造体104は、例えば、いくつかのプリズム、例えば、5つのプリ
ズムなどの複数のプリズムを含むことができる。プリズムは、鋳造、打抜き、ドリル加工
、エッチングなどによって担体103の第1の側部に形成することができる。
プリズムは二等辺三角形形状を有することができ、したがって、コリメート光ビームに
面するX-Z面に平面112を備えることができる。さらに、図1のZ方向において、プリズム10
4は担体103の全体にわたって延在することができる。代替として、プリズムは、担体103
を通ってZ方向に部分的に、例えば、担体103のZ方向を通って90%延在することができる。
プリズムは中空とする(例えば、空気で充填される)か、または流体(水など)もしくは固体
(高分子など)で充填することができるが、充填材料の屈折率は担体103の第1の側部の光導
波路110の屈折率よりも小さくなければならない。したがって、光導波路110がアクリルガ
ラスから製作される例では、充填材料の屈折率は、有効領域109への全反射に近くなり易
いようにアクリル光導波路の屈折率、すなわち1.47よりも小さくなければならない。代替
として、プリズムは、埋め込み反射器、または反射被膜を有するプリズム構造体を含むこ
とができる。
一般に、プリズムの充填材料の屈折率は、プリズムが形成される光導波路の屈折率より
も小さくするべきである。
図1のX方向において、第1の一次光方向転換構造体104のプリズムは、X方向で実質的に
連続に光導波路110の幅Wを実質的に覆う、すなわち、光導波路110に結合された実質的に
すべてのコリメート光(例えば、90%)がプリズム104と相互作用することになる(光導波路1
10の光損失を無視する)ように配置される。
図1のY方向において、プリズムはY方向で不連続に有効領域の長さLを実質的に覆うよう
に配置される、すなわち、プリズムは、有効領域109のY方向に沿ったいくつかのポイント
に第1の一次光方向転換構造体104から反射された光が到達することになり、有効領域109
のY方向に沿ったいくつかのポイントに第1の一次光方向転換構造体から反射された光が到
達しないことになるように配置される。
図1に示されるように、プリズム104は、図1のX-Y面において光導波路110で導波される
コリメート光ビーム111に対して角度αが得られるように配置される。一実施形態では、
角度αは範囲30°〜60°の範囲から選ばれ、例えば角度αは45°(=π/4ラジアン)となる
ように選ばれる。
有効領域109が空気、すなわち約1の屈折率で形成される場合、コリメート光ビームに面
するプリズムの平面112は有効領域109の面、すなわちX-Y面に垂直である。図7において、
担体103はスラブ701、例えばプレキシガラススラブ上に配置される。しかしながら、その
ようなスラブは、有効領域が空気で形成される場合、オプションである。例えば、一実施
形態は、担体103と、スラブ701なしに空気で形成された有効領域と、を含むことができる
。有効領域が空気で形成される実施形態の利点は、この実施形態では、接触ポイントで光
の完全なまたは実質的に完全な遮断が行われることである。そのため、検出器108で検出
される光の変化の検出を改善することができる。
光導波路110において導波されるコリメート光は、コリメート光ビームとプリズムの平
面との間の角度が45°であり、かつ平面112と有効領域の面の法線702との間の角度が0°
であるプリズム104によって少なくとも部分的に反射される。それによって、反射光は光
導波路110から有効領域109に結合されるとともに、光は、有効領域の面の法線702に実質
的に垂直に、すなわち有効領域の面に実質的に平行に有効領域109に結合される。
有効領域109が空気で形成された場合、光は導波路-空気インタフェース114を介して有
効領域に結合され、かつ該有効領域に結合された光は、自由空気中で導波され、それによ
り有効領域の他の表面まで実質的な直線で移動することになり、有効領域の他の表面から
光は空気-導波路インタフェース115を介して担体103の第2の部分113、すなわち担体103の
第2の光導波路113に結合される。
有効領域109が、例えば、約1.49の屈折率をもつアクリルガラス板などのスラブ導波路
で形成される場合、コリメート光ビームに面するプリズムの平面112は、有効領域109の面
、すなわち、例えば、図4に見られるようなX-Y面の法線402に対して0°と異なる角度を形
成する。例えば、プリズムの平面112と有効領域109の面の法線402との間の角度は、スラ
ブ導波路109における光のいくつかの上へのはね返りおよび下へのはね返りを確実にする
ために70°〜89°の範囲で選択することができ、例えば、角度は75°に選択することがで
きる。はね返り、すなわち、全反射が多いほど、スラブ導波路の有効領域の感度が大きく
なり、それは、以下で説明するように、指などの物体がスラブ導波路中の光を乱すことが
できる接触ポイントが多くなり、それによって、検出器に到達する光の強度を変化させる
ことができるからである。光が有効領域109に衝突する導波路の表面の区域（area）は最
大感度の区域を与える。第1の一次光方向転換構造体104と第2の一次光方向転換構造体105
との間に送出される光のY方向の離散性と、第1の二次光方向転換構造体106と第2の二次光
方向転換構造体107との間に送出される光のX方向の離散性とに起因して(光方向転換構造
体がプリズムで形成される場合)、両方向(XおよびY)に高感度がもたらされる、すなわち
、X方向およびY方向の高感度の区域が一致する導波路の表面の区域を設けることができる
。一致の区域は、スラブ導波路の厚さと、光がスラブ導波路内を伝搬する角度との適切な
組合せによって設定することができる。
一実施形態では、一致の区域は、キーボードの英数字記号と一致し、それによって英数
字タッチパッドを設定することができる。
第1の光導波路110で導波されるコリメート光は、コリメート光ビームとプリズムの平面
との間の角度が約45°であるとともに平面と有効領域の面との間の角度が90°と異なる、
例えば75°であるプリズム104によって、少なくとも部分的に反射される。それによって
、反射光は光導波路110から有効領域109に結合される。
有効領域がアクリルスラブ導波路などのスラブ導波路で形成される場合、光は導波路-
導波路インタフェース114を介して有効領域に結合され、有効領域に結合された光はスラ
ブ導波路で全反射によって有効領域の他の表面まで導波されることになり、有効領域の他
の表面から光は導波路-導波路インタフェース115を介して担体103の第2の光導波路113に
結合される。
一実施形態では、担体103および有効領域109は、アクリルガラスまたは石英ガラスなど
の同じ材料で形成することができる。代替として、担体103はアクリルガラスまたは石英
ガラスなどの1つの材料で形成することができ、有効領域109は空気またはGeドープ石英ガ
ラスなどの第2の材料で形成することができる。担体103は、例えば約1.44から約1.56まで
の範囲の屈折率ncarrier>1を有することができる。
担体103の第2の光導波113は、例えば、図1に示された正方形の担体の第2の側部とする
ことができる。例えば、第2の光導波路113は、担体103の第1の部分110の反対側の第2の側
部とすることができる。
正方形の担体103の第2の側部113を形成する光導波路は第2の一次光方向転換構造体105
を含むことができる。
第2の一次光方向転換構造体105は、例えば、いくつかのプリズム、例えば、5つのプリ
ズムなどの複数のプリズムを含むことができる。プリズムは、鋳造、打抜き、ドリル加工
、エッチングなどによって担体103の第1の側部に形成することができる。
第2の部分113のプリズム105は第1の部分110のプリズムと同様とすること、すなわち、
二等辺三角形形状を有することができ、したがって、有効領域109から結合された光に面
するY-Z面の平面112を備えることができる。さらに、図1のZ方向において、プリズム105
は担体103の全体にわたり延在することができる。代替として、プリズムは、担体103を通
ってZ方向に部分的に、例えば、担体103のZ方向を通って90%延在することができる。プリ
ズム105は中空とする(例えば、空気で充填される)か、または流体(水など)もしくは固体(
高分子など)で充填することができるが、充填材料、したがってプリズムの屈折率は担体1
03の第2の側部の光導波路113の屈折率よりも小さくなければならず、例えば、充填材料の
屈折率はアクリル光導波路の屈折率、すなわち1.47よりも小さくなければならない。代替
として、プリズムは、埋め込み反射器、または反射被膜を有するプリズム構造体を含むこ
とができる。
図1のX方向において、プリズム105は、X方向で実質的に連続に光導波路113の幅W2を実
質的に覆う、すなわち、プリズム105から反射された光が検出器108の第1の部分116の実質
的にすべてを覆うことができるように配置される。
図1のY方向において、プリズム105は、Y方向で不連続に有効領域の長さLを実質的に覆
い、一対一対応で担体103の第1の一次光方向転換構造体のプリズム104の位置と一致する
、すなわち、プリズム104で反射された光が確実にプリズム105に到達することができる(
第1の導波路110、第2の導波路113、有効領域109、および導波路-有効領域インタフェース
114、115の損失を無視する)ように配置される。
図1に示されるように、プリズム105は、図1のX-Y面において光導波路110で導波される
コリメート光ビーム111に対して角度αをもたらすように配置される。一実施形態では、
角度αは範囲30°〜60°の範囲から選ばれ、例えば、角度αは45°(=π/4ラジアン)とな
るように選ばれる。
有効領域109が空気で、すなわち、約1の屈折率で形成される場合、有効領域109からの
光に面するプリズムの平面112は有効領域109の面、すなわち、例えば図7で見られるよう
なX-Y面の法線702に対して0°の角度を形成する、すなわち、コリメート光ビームに面す
るプリズムの平面112は有効領域109の面に垂直である。
有効領域109から受けた光は、受けた光ビームとプリズム105の平面との間の角度が約45
°であり、平面112と有効領域の面の法線702との間の角度が0°であるプリズム105によっ
て少なくとも部分的に反射される。それによって、反射光は、プリズム105から第2の光導
波路113を介して検出器108の第1の部分116に導波される。
有効領域109が空気で形成される場合、光は有効領域から第2の光導波路113に空気-導波
路インタフェース115を介して結合され、第2の光導波路113に結合された光は全反射によ
って導波される。
有効領域109が、例えば約1.49の屈折率をもつアクリルガラス板などのスラブ導波路で
形成される場合、有効領域109から受けた光に面するプリズム105の平面112は、有効領域1
09の面、すなわち、例えば図4に見られるようなX-Y面の法線402に対して0°と異なる角度
を形成する。例えば、プリズム105の平面112と有効領域109の面の法線402との間の角度は
、有効領域の面と実質的に平行であるプリズム105からの反射ビームを確実にするために7
0°〜89°の範囲で選択することができ、例えば、角度は75°に選択することができる。
それによって、有効領域から受けた光は第2の光導波路113を導波され、光は、受けた光
ビームとプリズム105の平面との間の角度が約45°であり、平面と有効領域の面の法線402
との間の角度が0°と異なるプリズム105によって少なくとも部分的に反射される。それに
よって、プリズム105からの反射光は検出器108の第1の部分116に導波される。
一実施形態では、装置100の担体103はビームスプリッタ117をさらに含む。さらに、担
体103は第1の二次光方向転換構造体106と第2の二次光方向転換構造体107とを含むことが
できる。
第1の二次光方向転換構造体106は担体103の第3の側部118に含まれる。例えば、第3の側
部118は、第1の光導波路110と第2の光導波路113との間に、第1および第2の光導波路に対
して直角に配置された第3の光導波路118を含むことができる。
第2の二次光方向転換構造体107は担体103の第4の側部119に含まれる。例えば、第4の側
部119は、第3の光導波路118のように、有効領域109の対辺に配置された第4の光導波路119
を含むことができる。
第1の二次光方向転換構造体106および第2の二次光方向転換構造体107は、上述で開示し
たような第1の一次光方向転換構造体104および第2の一次光方向転換構造体105と同様とす
ることができるが、Z軸に対して180°回転されている。
ビームスプリッタ117は、コリメート素子102を介して担体103に結合されるコリメート
光ビームに対して45°の角度で配置することができる。したがって、ビームスプリッタは
、第1の光導波路の第1の一次光方向転換構造体104に向けてコリメート光の約50%(3dB)を
通過させ、第3の光導波路118の第1の二次光方向転換構造体106に向けてコリメート光の約
50%(3dB)を反射するように配置される。
ビームスプリッタ117を通過するコリメート光は第1の光導波路110を介して導波され、
コリメート光の少なくとも一部は第1の一次光方向転換構造体104によって有効領域109に
反射される。有効領域109から、光の少なくとも一部が第2の光導波路113に結合され、光
の少なくとも一部は第2の一次光方向転換構造体105から反射され、第2の光導波路113を介
して検出器108の第1の部分116に導波され、そこで光の少なくとも一部を検出することが
できる。
同様に、同じ原理によって、ビームスプリッタ117から反射されるコリメート光は第3の
光導波路118を介して導波され、コリメート光の少なくとも一部は第1の二次光方向転換構
造体106によって有効領域109に反射される。有効領域109から、光の少なくとも一部が第4
の光導波路119に結合され、光の少なくとも一部は第2の二次光方向転換構造体107から反
射され、第4の光導波路119を介して検出器108の第2の部分120に導波され、そこで光の少
なくとも一部を検出することができる。
一実施形態では、円柱レンズ(図示せず)が、第2の導波路113から検出器108に入射する
光を集束させるために検出器108の第1の部分116の前の第2の光導波路113に形成される。
同様に、円柱レンズが、第4の導波路119から検出器108に入射する光を集束させるために
検出器108の第2の部分120の前の第4の光導波路119に形成される。
一実施形態では、第1の一次光方向転換構造体などの光方向転換構造体におけるプリズ
ムの数は、個々のプリズムを出ていく空間的に制限された光線の回折によって決定するこ
とができる。したがって、回折の考慮から、光方向転換構造体におけるプリズムの最大の
数は、次式で計算することができる。
Figure 0006158853
ここで、λは光導波路における光の波長であり、Lは有効領域の長さであり、Aは3〜10
の範囲から選ばれた定数であり、例えばA=10である。
一実施形態では、第1の一次光方向転換構造体104および第2の一次光方向転換構造体105
は、それぞれ第1の二次光方向転換構造体106および第2の二次光方向転換構造体107を含む
第3の光導波路118および第4の光導波路119に垂直に配置された第1の光導波路110および第
2の光導波路113に形成される。それによって、第1の一次光方向転換構造体104から第2の
一次光方向転換構造体105に送出される光は、第1の二次光方向転換構造体106から第2の二
次光方向転換構造体107に送出される光に対して実質的に垂直(例えば、1°以内)とするこ
とができる。
図15に示されるような一実施形態では、ビームスプリッタは第2の光源1502および第2の
コリメート素子1501で置き換えることができ、第2の光源1502は、光を生成してその少な
くとも一部が第2のコリメート素子1501を通って第3の光導波路118に伝搬するように第1の
光源101に対して90°の角度で配置される。
図2は、物体の位置を符号化する装置200の一実施形態を示す。装置200は、プリズム104
〜107を除いて図1の実施形態に含まれる技術的特徴をすべて含むことができる。装置200
では、第1の光方向転換構造体、第2の光方向転換構造体、第3の光方向転換構造体、およ
び第4の光方向転換構造体は、第1の回折透過構造体204、第2の回折透過構造体205、第3の
回折透過構造体206、および第4の回折透過構造体207によって形成される。
回折透過構造体204、206は、それぞれ、X方向およびY方向で実質的に連続に光導波路11
0、118の幅W、W4を実質的に覆う、すなわち、光導波路110、118に結合された実質的にす
べてのコリメート光がそれぞれ回折透過構造体204、206と相互作用することになる(光導
波路の光損失を無視する)ように製作される。
回折透過構造体204、206は、さらに、それぞれY方向およびX方向で実質的に連続に有効
領域の長さL、W3を実質的に覆うように製作される、すなわち、回折透過構造体204、206
は、有効領域109のそれぞれY方向およびX方向に沿った実質的にすべてのポイントにそれ
ぞれ第1の一次光方向転換構造体204および第1の二次光方向転換構造体206から反射された
光が到達することになるように配置される。それによって、回折透過構造体204、206は有
効領域109の端から端まで実質的に連続的な感度を備える。
図2の回折透過構造体205、207は、それぞれX方向およびY方向で連続に光導波路113、11
9の幅W2、W5を実質的に覆うように配置される、すなわち、回折透過構造体205、207から
反射された光はそれぞれ検出器108の第1の部分116および第2の部分120の実質的にすべて
を覆うことができる。
回折透過構造体205、207は、さらに、それぞれY方向およびX方向で連続に有効領域の長
さL、W3を実質的に覆い、一対一対応でそれぞれ担体103の第1の一次光方向転換構造体お
よび第2の一次光方向転換構造体の回折透過構造体204、206の位置に一致するように製作
される、すなわち、第1の一次/二次光方向転換構造体によって反射された光はそれぞれ回
折透過構造体205、207に確実に到達することができる(導波路、有効領域、および導波路-
有効領域インタフェースの損失を無視する)。
図3は、物体の位置を符号化する装置300の一実施形態を示す。装置300は、プリズム104
〜107を除いて図1の実施形態に含まれる技術的特徴をすべて含むことができる。装置300
では、第1の光方向転換構造体、第2の光方向転換構造体、第3の光方向転換構造体、およ
び第4の光方向転換構造体は、第1の回折反射構造体304、第2の回折反射構造体305、第3の
回折反射構造体306、および第4の回折反射構造体307によって形成される。
一実施形態では、図1および/または図2および/または図3の光方向転換構造体は同じタ
イプのものとすることができ、例えば、光方向転換構造体はすべてプリズム、回折透過構
造体、または回折反射構造体とすることができる。
一実施形態では、図1および/または図2および/または図3の光方向転換構造体は異なる
タイプのものとすることができる、例えば、第1および第2の一次光方向転換構造体はプリ
ズムとすることができ、第1および第2の二次光方向転換構造体は回折透過構造体とするこ
とができる、または第1および第2の一次光方向転換構造体は回折透過構造体とすることが
でき、第1および第2の二次光方向転換構造体は回折反射構造体とすることができる。
一実施形態では、回折透過構造体および/または回折反射構造体は、回折格子および/ま
たはホログラムおよび/または計算機ホログラムとすることができる。
図12は、物体の位置を符号化する装置1200の一実施形態を示す。装置1200は、図1およ
び/または図2および/または図3の実施形態に含まれる技術的特徴をすべて含むことができ
る。
装置1200では、第1の光導波路110および第3の光導波路118は、それぞれ第1の一次方向
転換構造体104および第1の二次光方向転換構造体106を含む第1の部分と、第1の一次光方
向転換構造体104および第1の二次光方向転換構造体106と平行に光1203、1204が導波でき
るようにする第2の部分とを備えるように装置100の第1の光導波路および第3の光導波路よ
りも広い。
ビームスプリッタ117は、コリメート素子102の近くの第1の光導波路110および第3の光
導波路118の第2の部分に形成される。さらに、ビームスプリッタ117は、コリメート素子1
02を介して担体103に結合されるコリメート光ビームに対して45°の角度で配置すること
ができる。したがって、ビームスプリッタは、第1の光導波路110の第2の部分の第2のミラ
ー1202に向けてコリメート光の約50%(3dB)を通過させ、第3の光導波路118の第2の部分の
第1のミラー1201に向けてコリメート光の約50%(3dB)を反射するように配置される。ビー
ムスプリッタ117からの光をそれぞれ第1の光導波路110および第3の光導波路118の第2の部
分で導波させることによって、光はそれぞれプリズム104、106によって乱されずに(光導
波路110、118の損失を無視する)ミラー1201、1202まで伝搬することができる。
検出器108は、有効領域109の近くの第1の光導波路110および第3の光導波路118の第1の
部分に形成することができる。検出器108は、第1の一次光方向転換構造体104および第1の
二次光方向転換構造体106から反射された光を検出するように形成することができる。
第1のミラー1201は、ビームスプリッタ117からの光を90°の角度で第2の一次光方向転
換構造体105に反射するように第3の光導波路118の第2の部分に形成される。
第2のミラー1202は、ビームスプリッタ117からの光を90°の角度で第2の二次光方向転
換構造体107に反射するように第1の光導波路110の第2の部分に形成される。
第1のミラー1201から第2の一次光方向転換構造体105に入射する光は有効領域109に約90
°で反射される。第2の一次光方向転換構造体105から有効領域109を通過する光は第1の光
導波路110の第1の部分に結合することができる。第1の光導波路110の第1の部分に結合さ
れた光は、第1の一次光方向転換構造体104によって約90°で検出器108の第1の部分116に
反射される。
第2のミラー1202から第2の二次光方向転換構造体107に入射する光は有効領域109に約90
°で反射される。第2の二次光方向転換構造体107から有効領域109を通過する光は第3の光
導波路118の第1の部分に結合することができる。第3の光導波路118の第1の部分に結合さ
れた光は、第1の二次光方向転換構造体106によって約90°で検出器108の第2の部分120に
反射される。
したがって、装置1200は、シングルエンドデバイス（single-endeddevice）、すなわ
ち光源101および検出器108がデバイス1200の同じ部分/コーナーに形成され、それによっ
て2つのフィーチャへの電気的アクセスを容易にすることができるデバイスを備える。上
述したように、光方向転換構造体は、プリズム、回折透過格子、および/または回折反射
格子とすることができる。
図13Aは、担体103が有効領域109と一直線に並んでいる装置の一実施形態のI-Iでの断面
図を示す。コリメート光1301は、第1の二次光方向転換構造体106(例えば、プリズムまた
は回折構造体)と平行に伝搬している。コリメート光は第3の導波路118の第2の部分を伝搬
し、第1の二次光方向転換構造体106は第3の光導波路118の第1の部分に形成される。第1の
二次光方向転換構造体106の隣に、第3の光導波路118と有効領域109との間の光導波路-有
効領域インタフェース126が見られる。
図13Bは、担体103が有効領域109と一直線に並んでいる装置の一実施形態のII-IIでの断
面図を示す。第2の光導波路113に形成された第2の一次光方向転換構造体105(例えば、プ
リズムまたは回折構造体)が、第2の光導波路113と有効領域109との間の光導波路-有効領
域インタフェース115の隣に見られる。
上述したように、有効領域109と一直線に並んでいる担体103の場合、有効領域は空気中
にまたはスラブ導波路中に形成することができる。
図14Aは、担体103の面が有効領域109の面に対してZ方向にシフトされている装置の一実
施形態のI-Iでの断面図を示す。コリメート光1301は、第1の二次光方向転換構造体106(例
えば、プリズムまたは回折構造体)と平行に伝搬している。コリメート光は第3の導波路11
8の第2の部分を伝搬し、第1の二次光方向転換構造体106は第3の光導波路118の第1の部分
に形成される。第3の光導波路118の下に、第3の光導波路118と、有効領域109を含むスラ
ブ導波路との間の第3の光導波路-スラブ光導波路インタフェース1302が見られる。
図14Bは、担体103の面が装置の有効領域109の面に対してZ方向にシフトされている装置
の一実施形態のII-IIでの断面図を示す。第2の光導波路113に形成された第2の一次光方向
転換構造体105(例えば、プリズムまたは回折構造体)が、第2の光導波路113と、有効領域1
09を含むスラブ導波路との間の第2の光導波路-スラブ導波路インタフェース1303の隣に見
られる。
上述したように、担体103の面が有効領域面に対してシフトされている場合、有効領域
はスラブ導波路に形成することができる。
[全反射]
一般に、全反射による光の導波は、例えば、図4〜図6および図9〜図11に見られるよう
に、装置の内部から表面に入射する光が臨界角よりも大きい入射角を有する場合に生じる
。光ビームの入射角は、光ビームと、入射の表面の法線(例えば、図4の402)との間の角度
として定義される。同様に、臨界角は入射の表面の法線に対して定義される。臨界角は、
導波路109、110、113、118、119の屈折率と装置100の外側の媒体(周囲媒体)の屈折率との
間の関係によって決まる。臨界角θc,aは次式の
θc,a=arcsin(na/nw)
で定義される。ここで、naは周囲媒体(通常、空気)の屈折率であり、nwは導波路109、110
、113、118、119の屈折率である。空気の屈折率は通常の状態で約1である。
接触ポイント、すなわち指などの物体が有効領域109の導波路に接触するポイント、例
えば、図1のポイント123または図4のポイント403で、周囲媒体が、屈折率noを有する物体
に代わった場合、局所臨界角は、
θc,o=arcsin(no/nw)
に従って変化する。好ましくは、θc,oはθc,aよりも大きい。これは、noがnaよりも大き
い場合に生じる。物体が指である場合、noは約1.47である。好ましくは、すべての光ビー
ムの入射角は2つの臨界角θc,aとθc,oとの間にあるように制御される。この場合、全反
射は接触ポイントだけでのみ抑制され、その結果、光の少なくとも一部が導波路から外に
結合されることになる。その結果、検出器108において検出されるその光ビームの強度は
減少することになる。
別のポイントで、周囲媒体が、屈折率nwaterを有する水の小滴に代わった場合、局所臨
界角は、
θc,water=arcsin(nwater/nw)
に従って変化する。水は約1.33の屈折率を有する。好ましくは、すべての光ビームの入射
角は、全反射が水の小滴によって妨げられないように2つの臨界角θc,waterとθc,oとの
間にあるように制御される。前記実施形態では、有効領域の導波路上に存在する水は導波
路内を伝搬する光に影響を与えないことになる。本開示の全体にわたって、上述した3つ
の臨界角は、主として、周囲媒体の臨界角θc,a、物体の臨界角θc,o、および水の臨界角
θc,waterを表す。
有効領域の導波路はアクリルガラスなどのいくつかの異なる材料で製作することができ
る。光ビームが可視領域内にあり、かつ接触感知導波路が約1.49の屈折率を有するアクリ
ルガラスで製作される場合、臨界角は大体、以下のとおりであり、空気の臨界角θc,aは4
2°であり、水の臨界角θc,waterは63.2°であり、物体(指)の臨界角θc,oは80.6°であ
る。
[接触ポイントの決定]
第2の一次光方向転換構造体および/または第2の二次光方向転換構造体から反射された
各光ビームは、XY面に射影された伝搬路によって定められるとき、検出器108の第1の部分
116および/または第2の部分120への一意的な入射ポイントを有する。図示した実施形態で
は、検出器アレイ108は位置の符号化（positionencoding）に関して一次元である。しか
しながら、検出器アレイ108は多次元、例えば2次元とすることができる。有効領域109内
の特定の伝搬路に沿って伝搬する光ビームの強度を変化させることによって、検出器108
の対応する入射ポイントで強度の変化が生じることになる。
検出器108の特定ポイントに入射した所与の光ビーム124、404の強度は、物体405(例え
ば、接触ポイント123、403で有効領域に接触する指)が接触ポイント123、403で光ビーム1
24、404を乱し、その結果、物体405が有効領域109に接触すると、光ビーム124、404の少
なくとも一部が検出器108の特定ポイントに入射できないように妨げられることによって
低減される。物体405が有効領域に接触するとは、物体405が有効領域109によって導波さ
れている当該光のエバネッセント場内にあることを意味する。物体405は、例えば、光ビ
ーム124、404の少なくとも一部を外に結合することによってスラブ導波路109内を伝搬す
る光ビーム124、404を乱すことができる。代替としてまたは追加として、物体405は、光
ビーム124、404の少なくとも一部を吸収することによって、スラブ導波路109内を伝搬す
る光ビーム124、404を乱すことができる。代替としてまたは追加として、物体405は、光
ビーム124、404の少なくとも一部を散乱させることによって、スラブ導波路109内を伝搬
する光ビーム124、404を乱すことができる。
図1に示されるように、光ビーム121、122がそれぞれy軸およびx軸と実質的に平行であ
る有効領域109内を伝搬する光ビーム121、122が交差することに起因して、物体(図1には
図示せず)が有効領域109に接触することによって実質的に単一の接触ポイント123でこれ
らの方向の各々に伝搬する光を乱すことができる。
しかしながら、担体103の第1の一次光方向転換構造体104または第1の二次光方向転換構
造体106のいずれかに向けて光源101によって放出された光は物体によって同様に乱される
。さらに、検出器108に向けて第2の一次光方向転換構造体105または第2の二次光方向転換
構造体107のいずれかによって向け直された光は物体によって同様に乱される。しかしな
がら、検出器108の異なるそれぞれのポイントに到達する光の強度の対応する変化を比較
することによって、単一の接触ポイントの場所を導き出すことができる。
これは、物体(図示せず)が接触ポイント123で有効領域109に接触している図1に示され
た例示の状況によって示される。XY面に射影される場合、有効領域109によって導波され
る2つの光ビーム121、122は接触ポイント123で交差している。これらの2つの光ビーム121
、122の各々からの光の少なくとも一部は接触ポイント123で物体(図示せず)によって乱さ
れる。したがって、入射光の光強度は検出器108の2つのポイントで減少することになる。
検出器108への2つの入射ポイントに対応する2つの光ビーム121、122は正確に1つの共通の
交差ポイント、すなわち接触ポイント123を有するので、接触ポイント123の位置は検出器
108において検出された光の強度分布から導き出すことができる。
したがって、単一の光源101および単一の検出器108を含む図1に示されたような本発明
による装置100の一実施形態は、物体(図示せず)と有効領域109との間の接触ポイント123
の位置を推定するのに使用することができる。
[担体の接触ポイントに対する不感受性]
一実施形態では、光源101から担体103の光導波路110、118にコリメート素子102を介し
て光が結合されるのは、光導波路110、118に結合された光が物体(図示せず)によって影響
を受けないように物体(図示せず)の臨界角θc,oよりも大きい光導波路110、118に対する
入射角で行われる。それによって、第1の光導波路110および第3の光導波路118を導波され
る光は、光源101から有効領域109へ向かう伝搬の間、担体103に接触する物体(図示せず)
への感受性がない。
上述したように、有効領域109がスラブ導波路を含む場合、第1の一次光方向転換構造体
104および第1の二次光方向転換構造体106は有効領域面/スラブ導波路面の法線402に対し
て勾配を与えられ/傾斜され、約81°である、すなわち90°と異なるスラブ導波路表面に
対する角度θを形成する。角度θは異なる値、すなわち60°と89°との間の範囲など、70
°と86°との間など、または180°から上記の角度もしくは角度の範囲のいずれかを減算
した値を有することができる。
さらに、第1の一次光方向転換構造体104および第1の二次光方向転換構造体106は、スラ
ブ導波路表面に対して異なる角度を形成することができる異なる部分(図示せず)を含むこ
とができる。
スラブ導波路109に対する第1の一次光方向転換構造体104および第1の二次光方向転換構
造体106の傾きにより、スラブ導波路表面109に対する反射光ビーム121、122の入射角は、
物体(図示せず)の臨界角θc,oよりも小さく、周囲媒体の臨界角θc,aよりも大きい、スラ
ブ導波路表面109の法線に対する角度を形成する。したがって、反射光ビームは、物体が
スラブ導波路109に接触していない場合、スラブ導波路表面109での全反射によって、スラ
ブ導波路109によって第1の一次光方向転換構造体104から第2の一次光方向転換構造体105
に向けて、および第1の二次光方向転換構造体106から第2の二次光方向転換構造体107に向
けて導波される。しかしながら、導波される光ビームは、物体(図示せず)がスラブ導波路
表面109に接触している場合、乱される。
有効領域109から、担体103の第2の光導波路113および第4の光導波路119に、有効領域/
光導波路インタフェース115、125を介して、光が結合されるのは、物体の臨界角θc,oよ
りも小さくかつ周囲媒体の臨界角θc,aよりも大きい光導波路113、119に関する入射角で
行われる。一実施形態では、第2の一次光方向転換構造体105および第2の二次光方向転換
構造体107は、物体の臨界角θc,oよりも大きい角度で入射光を反射することができ、その
結果、光導波路113、119に結合された光は物体が影響を及ばさない。それによって、第2
の光導波路113および第4の光導波路119を導波される光は、有効領域109から検出器108へ
の伝搬の間、担体103に接触する物体への感受性がない。
一実施形態では、光源101は、例えば太陽光などの周囲光からの干渉を避けるために強
度変調することができる。さらに、検出器108はゲート検出を行い、それによって周囲光
と光源101によって放出された光との区別を容易に行うことができる。
有効領域109が、光を導波することができる媒体のスラブ導波路を含む場合、有効領域
はスラブ導波路の表面によって少なくとも部分的に画定することができる。
図4は、それぞれスラブ導波路を含む有効領域に光を結合し、それから光を受ける傾斜
したプリズム401を含む装置の一実施形態を示し、傾斜したプリズムは、有効領域スラブ
導波路と一直線に並ぶ、すなわちスラブ導波路は傾斜したプリズムと同じ面に含まれる。
図5および図6は、それぞれスラブ導波路502、602を含む有効領域に光を結合し、それか
ら光を受ける傾斜したプリズム501、601を含む装置の実施形態を示し、有効領域/スラブ
導波路の面は、傾斜したプリズムの面に対してZ方向に変位されている。
図7および図8は、空気中に形成された有効領域を含む装置の一実施形態を示す。図7は
、光方向転換構造体がプリズムで形成される一実施形態を示し、図8は、光方向転換構造
体が、例えば回折反射格子または回折透過格子などの回折構造体で形成される一実施形態
を示す。
図9および図10は、それぞれスラブ導波路902、1002を含む有効領域に光を結合し、それ
から光を受ける傾斜した回折透過格子および/または傾斜した回折反射格子などの傾斜し
た回折構造体を含む装置の実施形態を示し、有効領域/スラブ導波路の面は、傾斜した回
折構造体の面に対してZ方向に変位されている。
図11は、それぞれスラブ導波路1102を含む有効領域に光を結合し、それから光を受ける
傾斜した回折透過格子および/または傾斜した回折反射格子などの傾斜した回折構造体110
1を含む装置の一実施形態を示し、傾斜した回折構造体は、有効領域スラブ導波路と一直
線に並ぶ、すなわちスラブ導波路は、傾斜した回折構造体と同じ面に含まれる。
一般に、上記で説明したおよび/または以下で説明する技術的特徴および/または実施形
態のいずれも1つの実施形態に組み合わせることができる。代替としてまたは追加として
、上記で説明したおよび/または以下で説明する技術的特徴および/または実施形態のいず
れも別個の実施形態とすることができる。代替としてまたは追加として、上記で説明した
および/または以下で説明する技術的特徴および/または実施形態のいずれも上記で説明し
たおよび/または以下で説明する任意の数の他の技術的特徴および/または実施形態と組み
合わせて任意の数の実施形態をもたらすことができる。
いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のいくつかはハードウ
ェアの同一のアイテムによって具現することができる。いくつかの手段が互いに異なる従
属請求項に記載されている、または異なる実施形態に記述されているということだけで、
これらの手段の組合せを使用して利益を得ることができないことを意味していない。
「備える、含む(comprises)/備えている、含んでいる(comprising)」という用語は、本
明細書で使用される場合、明示された特徴、整数（integers）、ステップ、または構成要
素の存在を示すためのものであって、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、構成
要素、またはそれらの集合の存在や追加を排除するものではないことが強調されるべきで
ある。
上述および下述において、同様の数字は同様の要素/技術的特徴を指すことができる。
100 装置
101 光源
102 コリメート素子
103 担体
104 第1の一次光方向転換構造体、プリズム
105 第2の一次光方向転換構造体、プリズム
106 第1の二次光方向転換構造体、プリズム
107 第2の二次光方向転換構造体、プリズム
108 検出器
109 有効領域、スラブ導波路
110 第1の光導波路
111 コリメート光ビーム
112 プリズムの平面
113 第2の光導波路
114 導波路-空気インタフェース、導波路-導波路インタフェース、導波路-有効領域
インタフェース
115 空気-導波路インタフェース、導波路-導波路インタフェース、導波路-有効領域
インタフェース
116 検出器の第1の部分
117 ビームスプリッタ
118 第3の光導波路、担体の第3の側部
119 第4の光導波路、担体の第4の側部
120 検出器の第2の部分
121、122 光ビーム
123 接触ポイント
124 光ビーム
125 有効領域/光導波路インタフェース
126 光導波路-有効領域インタフェース
200 装置
204 第1の回折透過構造体、第1の一次光方向転換構造体
205 第2の回折透過構造体
206 第3の回折透過構造体、第1の二次光方向転換構造体
207 第4の回折透過構造体
300 装置
304 第1の回折反射構造体
305 第2の回折反射構造体
306 第3の回折反射構造体
307 第4の回折反射構造体
401 面、傾斜したプリズム
402 有効領域の面の法線、X-Y面の法線
403 接触ポイント
404 光ビーム
405 物体
501 第1のX-Y面
502 第2の面、スラブ導波路
601 第1のX-Y面
602 第2の面、スラブ導波路
701 スラブ
702 有効領域の面の法線、X-Y面の法線
902、1002 スラブ導波路
1101 傾斜した回折構造体
1102 スラブ導波路
1200 装置
1201 第1のミラー
1202 第2のミラー
1203、1204 光
1301 コリメート光
1302 第3の光導波路-スラブ光導波路インタフェース
1303 第2の光導波路-スラブ導波路インタフェース
1501 第2のコリメート素子
1502 第2の光源

Claims (26)

  1. 物体の位置を符号化する装置であって、前記装置は、
    第１の光源と、
    前記第１の光源から第１のコリメートされた光を形成するように構成された第１のコリメート素子であって、前記第１のコリメートされた光は、第１のコリメートされた光ビームを含む、第１のコリメート素子と、
    前記第１のコリメートされた光ビームを導波するように構成された担体であって、前記担体は、第１の一次光方向転換構造体と第２の一次光方向転換構造体とを含み、これにより、前記第１のコリメートされた光ビームは、前記担体に沿って、前記担体から有効領域に前記第１の一次光方向転換構造体を介して伝搬される、担体と、
    符号化面の前記有効領域に対する物体の位置を符号化する検出器デバイスと
    を含み、
    前記第１の一次光方向転換構造体は、前記第１のコリメートされた光ビームの少なくとも一部を前記有効領域を通して前記第２の一次光方向転換構造体に方向転換させるように構成されており、
    前記第２の一次光方向転換構造体は、前記第１の一次光方向転換構造体から受けた光を前記検出器デバイスに方向転換させるように構成されている、装置。
  2. 前記担体は、第１の二次光方向転換構造体と第２の二次光方向転換構造体とをさらに含み、
    前記第１の二次光方向転換構造体は、第２の光ビームの少なくとも一部を前記有効領域を通して前記第２の二次光方向転換構造体に方向転換させるように構成されており、
    前記第２の二次光方向転換構造体は、前記第１の二次光方向転換構造体から受けた光を前記検出器デバイスに方向転換させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第１のコリメートされた光ビームから前記第２の光ビームの少なくとも一部を分割するように構成されたビームスプリッタ構造体を含む、請求項２に記載の装置。
  4. 第２の光源と、前記第２の光源から第２のコリメートされた光を形成する第２のコリメート素子とを含み、前記第２の光ビームは、前記第２のコリメートされた光の少なくとも一部を含む、請求項２に記載の装置。
  5. 前記第１の一次光方向転換構造体は、プリズム構造体を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記プリズム構造体は、平面を有する第１のプリズムを含む複数のプリズムを含む、請求項５に記載の装置。
  7. 前記第１のプリズムの前記平面の法線と前記符号化面とは、約０°から約１５°までの範囲内の角度を形成する、請求項６に記載の装置。
  8. 前記第１のプリズムの前記平面は、前記符号化面に垂直であり、かつ、前記第１の光ビームに対して入射角を形成し、前記入射角は、３０°から約６０°の範囲にあり、好ましくは約４５°である、請求項６から７のいずれか一項に記載の装置。
  9. 前記第１のプリズムの屈折率は、前記担体の屈折率よりも小さい、請求項６から７のいずれか一項に記載の装置。
  10. 前記第１の一次光方向転換構造体は、回折透過格子を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
  11. 前記第１の一次光方向転換構造体は、回折反射格子を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
  12. 前記有効領域は、空気である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
  13. 前記有効領域を少なくとも部分的に画定する第１の表面区域を有するスラブ導波路を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
  14. 前記有効領域を少なくとも部分的に画定する第１の表面区域を有するスラブ導波路を含み、前記スラブ導波路と、前記第１の一次光方向転換構造体および前記第２の一次光方向転換構造体と、前記第１の二次光方向転換構造体および前記第２の二次光方向転換構造体とは、同じ面に含まれている、請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
  15. 前記有効領域を少なくとも部分的に画定する第１の表面区域を有するスラブ導波路を含み、前記第１の一次光方向転換構造体および前記第２の一次光方向転換構造体、ならびに前記第１の二次光方向転換構造体および前記第２の二次光方向転換構造体が、前記スラブ導波路を含む面から変位された面に含まれる、請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
  16. 前記担体は、第１のミラーと第２のミラーとをさらに含み、前記第１のミラーは、前記第１のコリメートされた光ビームの一部を反射するように構成されており、前記第２のミラーは、前記第２の光ビームの一部を反射するように構成されている、請求項２から４、１４から１５のいずれか一項に記載の装置。
  17. 前記装置は、前記第２の一次光方向転換構造体からの光を前記検出器デバイスに集束させるために前記検出器デバイスの前に配置された第１の円柱レンズをさらに含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
  18. 前記プリズム構造体は、埋め込み反射鏡を含む、または、前記プリズム構造体は、反射被膜を含む、請求項５に記載の装置。
  19. 前記装置は、前記有効領域を伝搬する光を乱す物体の位置を、前記検出器デバイスによって受けた光強度の変化として決定するように構成されている、請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置。
  20. 前記プリズム構造体の１つのプリズムの辺長は、前記有効領域を伝搬する前記光の波長に、前記複数のプリズムが形成される前記有効領域の側部の長さを乗算して、さらに係数で除算した値の平方根として決定され、前記係数は、３と１０との間で選ばれ、好ましくは１０である、請求項６に記載の装置。
  21. 前記第１の光源は、周囲光の影響を抑制することを可能にするために強度変調される、請求項１から２０のいずれか一項に記載の装置。
  22. 前記第２の光源は、周囲光の影響を抑制することを可能にするために強度変調される、請求項４に記載の装置。
  23. 物体の位置を符号化する方法であって、前記方法は、
    第１の一次光方向転換構造体において、コリメート素子を介して光源から受けた第１のコリメートされた光ビームの少なくとも一部を有効領域を通して第２の一次光方向転換構造体に方向転換させることであって、これにより、前記第１のコリメートされた光ビームは、前記第１のコリメートされた光ビームを導波するように構成された担体に沿って、前記担体から前記有効領域に前記第１の一次光方向転換構造体を介して伝搬され、前記担体は、前記第１の一次光方向転換構造体と前記第２の一次光方向転換構造体とを含む、ことと、
    前記第２の一次光方向転換構造体において、前記第１の一次光方向転換構造体から受けた光の少なくとも一部を検出器デバイスに方向転換させることと、
    前記有効領域に対する前記物体の位置を前記検出器デバイスにおいて受けた光の量に応じて符号化することと
    を含む、方法。
  24. 第１の二次光方向転換構造体において、第２の光ビームの少なくとも一部を有効領域を通して第２の一次光方向転換構造体に方向転換させることと、
    第２の二次光方向転換構造体において、前記第１の二次光方向転換構造体から受けた前記光の少なくとも一部を前記検出器デバイスに方向転換させることと
    をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 前記第１のコリメートされた光ビームから前記第２の光ビームを分割することを含む、請求項２４に記載の方法。
  26. 物体の位置を符号化するシステムであって、前記システムは、請求項１から２１のいずれか一項に記載の装置と、前記有効領域の光を乱す物体とを含む、システム。
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