KR20070103478A

KR20070103478A - 반사 광학체를 합체한 도파관 구조

Info

Publication number: KR20070103478A
Application number: KR1020077020340A
Authority: KR
Inventors: 로비 차터스; 벤자민 코니시; 배리 러더-데이비스; 닥스 쿠쿨; 그라함 앳킨스
Original assignee: 알피오 피티와이 리미티드
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2007-10-23
Also published as: AU2006209811A1; CA2597009A1; WO2006081633A1; JP2008530641A; EP1851610A1; US20060188196A1; TW200641659A; US7352940B2; CN101194222A

Abstract

본 발명은 반사 광학체(93, 96)를 이용하여 사실상 온도에 무관한 방식으로 광 도파관(91, 95)과 광학 요소 사이의 광을 결합하기 위한 장치에 관한 것이다. 바람직한 실시예는 포물선형, 준-포물선형, 타원형 또는 준-타원형 반사체(93, 96)를 포함한다. 송광 및 수광 요소들과 관련 도파관(91, 95)은 바람직하게는 광-패턴화 가능한 폴리머를 포함한다.

광 터치 스크린, 반사 광학체, 도파관, 입력 장치, 광학 요소

Description

반사 광학체를 합체한 도파관 구조{WAVEGUIDE DESIGN INCORPORATING REFLECTIVE OPTICS}

본 발명은 도파관 형태의 광 터치 스크린 센서의 송광 및 수광 광학체에 대한 개선 구조에 관한 것이다. 개선 구조는 반사 광학체를 포함하며 온도 민감도와 광학 손실이 낮다는 장점을 갖는다. 그러나, 본 발명은 이런 특정 사용 분야에 제한되지 않으며 적어도 하나가 도파관인 임의의 두 광학 요소 사이의 광 결합에 적용될 수 있다.

본 명세서 전체에 걸쳐 종래 기술에 대한 논의는 이런 종래 기술이 널리 공지된 것이거나 기술분야에서 공통적인 일반 지식의 일부를 형성한다는 사실로서 간주되어서는 안된다.

도1은 미국 특허 제5,914,709호, 제6,181,842호, 제6,351,260호 및 미국 특허 출원 공개 제2002/0088930 A1호 및 제2004/0201579 A1호(이들의 내용은 상호 참조로서 본 명세서에 포함됨)에 설명된 광 터치 스크린 센서(1)의 작용을 도시한다. 이런 광 터치 스크린 센서 구조에는 일체형 광 도파관(2, 3)이 스크린을 가로질러 광선 어레이(4)를 투사하고 스크린의 타 측면에서 이들 광선을 집광하여 위치 감응형 검출기로 전도시키기 위해 사용된다. (예컨대 손가락 또는 첨필에 의한) 터치 행위(5)는 위치가 접촉 물체에 의해 차단된 특정 광선(들)로부터 결정된 상태에서 음영(6)으로서 검출된다. 터치 스크린 센서는 일반적으로 평면적이고 직사각형이며, 두 개의 전달 도파관 어레이(X, Y)는 스크린의 인접한 측면들을 따라 배치되고 이에 대응하는 두 개의 수광 도파관 어레이는 스크린의 다른 두 측면을 따라 배치되어 있다. 송광측의 일부로서, 일 실시예에서는 [발광 다이오드(LED) 또는 수직 공진 레이저(vertical cavity surface emitting laser: VCSEL)와 같은] 단일 광원이 X 및 Y 송광 어레이 모두를 형성하는 복수의 도파관 내로 광을 투사한다. 다른 실시예에서는 별도의 광원이 X 및 Y 송광 어레이 각각에 대해 이용된다. 송광측에 대한 기존 구조에서, 도파관 어레이는 광원에서 렌즈(7)의 열로 광을 안내하며, 렌즈의 열은 안내된 광선을 수평면(즉, x, y)으로 확장시킨 후 이들 광선이 스크린 면을 가로질러 투사될 때 이들 광선을 수평면으로 시준한다. 수직면에서의 시준은 도1에 도시되지 않은 예컨대 원통형 렌즈와 같은 외부의 수직 시준 렌즈(VCL)를 이용하여 달성될 수 있다. 수광측도 사실상 동일하며, 각 측면 상에서 도파관과 렌즈의 어레이는 스크린의 홈 내에 위치된다.

미국 특허 출원 공개 제2004/0201579 A1호는 스크린을 가로질러 투사된 광선은 바람직하게는 광의 "라미나(lamina)"(즉, 박판)를 형성하고 보다 바람직하게는 사실상 균일 강도의 라미나를 형성함을 알려준다. 상당히 어두운 영역에 의해 분리된 별개의 광선을 갖는 다른 것에 비해, 광의 라미나는 X, Y 수광 어레이와 관련된 광검출기의 필요한 동적 범위를 최소화하고 위치 감지 알고리즘의 회색 계조 보간을 향상시키고 광선이 얇은 접촉 물체에 닿지 않을 기회를 최소화한다. 수광측 도파관은 송광측 도파관과 (수평면에서) 임계적으로 정렬될 필요가 있기 때문에 별도의 빔 케이스도 제조 과정을 복잡하게 만들며, 광의 라미나를 이용함으로써 수광측 도파관의 수평 배치는 임계적이지 않다. 따라서, 비록 이런 유형의 광 터치 스크린 센서는 별도의 광선을 이용하여 작동할 수 있지만, 광선이 라미나에 가능한 가깝게 근사하는 것이 바람직하다.

도2는 그 내용이 상호 참조에 의해 본 명세서에 포함된 미국 특허 출원 공개 제2002/0197010 A1호에 설명된 유형의 광전송 장치(20)의 작용을 도시한다. 도2에 도시된 장치(20)는 별개의 기판(미도시)에 형성된 두 개의 일체형 광 도파관(21, 22) 사이에서 광을 결합하는 역할을 한다. 기술분야의 당업자라면 광 도파관은 통상적으로 소형 구조물(대략 10 ㎛ X 10 ㎛)이기 때문에 고가의 능동 정렬 기구에 의존하지 않고 이들 도파관 사이의 광을 효율적으로 결합하는 것이 어렵다. 따라서 정렬 공차를 줄이기 위해 도2에 도시된 것과 같은 종류의 빔 확장 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 도2에 도시된 특정 장치에서, 도파관(21)을 따라 전파되는 광(23)은 도파관(21)과 일체 형성된 평면형 렌즈(24)에 의해 수평면(지면)에서 확장되어 시준되며, 외부의 원통형 렌즈(25)에 의해 수직면에서 시준됨으로써 확장된 광선(26)을 생성한다. 쌍을 이루는 유사한 원통형 렌즈(27)와 평면형 렌즈(28)가 광을 도파관(22) 내로 집속한다.

미국 특허 출원 공개 제2002/0197010 A1호에 개시된 바와 같이, 도2에 도시된 기본적인 구조는 공통 기판 상에 형성된 복수의 입력 도파관(21) 및 평면형 렌즈(24)와 제2 공통 기판 상에 형성된 유사한 복수의 출력 도파관(22) 및 평면형 렌 즈(28)를 구비하고 모든 입력 도파관(21)에 공통적인 하나의 원통형 렌즈(25) 및 모든 출력 도파관(22)에 공통적인 하나의 원통형 렌즈(27)를 구비한 다-채널 전송 장치를 제공하도록 확장될 수 있다. 이런 상황에서, 도1 및 도2에 도시된 장치의 광학체들은 많은 유사성을 갖고 있음을 알게 될 것이다. 관련 전송 장치에서 평면형 렌즈(28)와 외부 렌즈(27)를 구비한 도파관(22)은 광원 또는 검출기와 같은 다른 광학 요소로 대체될 수 있다.

비용과 제조 용이성이란 이유로 해서, 많은 광 도파관 적용에 있어서 광-패턴화 가능한 폴리머재로부터 도파관 및/또는 관련 렌즈를 형성하는 것이 아주 바람직하다. 폴리머는 온도에 따른 굴절율의 변화율(dn/dT)인 열광학계수가 대략 -1 내지 -4x10^-4/℃로 크다고 알려져 있다. 이들 큰 dn/dT값은 스위치, 조율형 회절격자 및 가변형 광학 감쇠기와 같은 열-광학 장치에 이익이 되도록 사용될 수 있다[예컨대, 미국 특허 제6,434,318호 및 IEEE 저널 오브 셀렉티드 토픽스 인 퀀텀 일렉트로닉스(IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics) 제6권 1호 제54면 내지 제68면(2000)에 개시된 엘. 엘다다(L. Eldada)와 엘.더블유. 샤클렛(L.W. Shacklette)의 "폴리머 합체형 광학체에서의 진척(Advances in polymer integrated optics)" 참조]. 그러나, 도1의 광 터치 스크린 센서와 도2의 전송 장치와 같은 소정 용도에서, 주변 온도, 다시 말해 -10 내지 50 ℃의 작동 범위의 완만한 변화가 폴리머/공기 계면에서 굴절각을 변화시킴으로써 도1과 도2의 평면형 렌즈에서 수평 시준에 부정적인 영향을 미치기 때문에, 큰 값의 dn/dT가 불리하다. 이는 굴절작용이 스넬의 법칙(n_isinθ_i = n_tsinθ_t)에 의해 지배되며 입사각(θ_i)이 0(즉 수직 입사)이 아니라면 굴절율(n_i, n_t) 중 어느 하나 또는 이들 모두의 온도 유기 변화가 굴절각(θ_t)을 변화시킬 것이기 때문이다. 도1에 도시된 바와 같은 광 터치 스크린의 작업에서, 온도에 대한 굴절작용의 이런 의존성은 폴리머재로 제조되고 스크린을 가로질러 시준 광선을 투사하고 타 측면에서 이들 광선을 수광하도록 설계된 광학체가 소정 온도 범위에서만 그런 작업을 하게 될 것임을 의미한다. 온도가 너무 벗어나는 경우, 송광측에서의 방출각 및/또는 수광측에서의 허용각의 편차는 집광 효율을 저하시킴으로써, 시스템에서의 광손실 요인을 의미한다. 또한, 미광이 인접 수광 렌즈에 의해 집광됨으로써 접촉 행위의 위치를 판단함에 있어 오차를 유발할 가능성이 있다. 마찬가지로, 도2에 도시된 전송 장치에서 도파관(21, 22)과 평면형 렌즈(24, 28)가 폴리머로 구성되는 경우, 온도 변화는 도파관(21, 22) 사이의 결합 효율에 영향을 줄 것이다. 미국 특허 출원 공개 제2002/0197010 A1호의 발명자들은 외부의 원통형 렌즈(25, 27)에 대한 온도 변화의 효과를 고려했지만, 비록 평면형 렌즈(24, 28)가 바람직하게는 폴리머재로 구성된다고 하더라도 평면형 렌즈에 대한 영향을 고려하지 않았다.

따라서, 이런 온도 민감성 문제에 대한 해결책이 필요하다. 하나의 가능한 해결책은 예컨대 실리카(dn/dT ~ +1x10^-5/℃)와 같이 열광학계수가 훨씬 작은 도파관 재료를 이용하는 것이다. 그러나, 이 값도 실리카 유리 도파관은 제조설비와 처리시간 모두에 있어 제조비용이 훨씬 높으며 광 터치 스크린 센서와 같이 대량 생산되는 소비자 전자 장치에 대한 단순한 선택 사항이 아니다. 다른 가능한 해결책은 폴리머 범위의 하한에 있는 열광학계수, 즉 -1x10^-4/℃를 갖는 폴리머를 이용하는 것이다. 그러나, 이 값도 실리카의 열광학계수보다 여전히 한 차수가 크며, 이로써 온도 민감성은 여전히 크다. 또한, 폴리머가 낮은 dn/dT를 갖는 경우, 폴리머는 변함없이 그 유리전이온도(Tg)보다 낮은 상태, 즉 유리 상태에 있게 되며, 미국 특허 제6,236,774호에 상세히 설명된 바와 같이, 폴리머 도파관의 장기 안정성을 위해 Tg보다 높은 온도에서 작동하는 것이 바람직하며, 이 경우 dn/dT는 폴리머 범위의 상한에 있게 된다.

또한, 기존의 광 터치 스크린 구조의 송광 및 수광 렌즈는 수직면에서의 시준에 있어 난관에 직면하게 되는데, 이 경우 용이한 합착을 위해 광 터치 스크린의 각 측면을 따르는 각각의 어레이에서의 모든 송광 또는 수광 렌즈에 하나의 VCL을 사용하는 것이 편리하다. 도3a(평면도)와 도3b(측면도)에는 종래의 송광 렌즈(30)의 만곡 단부면(31)에 대한 VCL의 배치가 도시되어 있다. 전체 만곡 단부면(31)이 VCL(33)의 초점면(32)에 배치되는 것은 불가능함을 알 수 있다. 따라서, 방출 광선(34)은 수직방향으로 완전히 시준될 수 있지만, 광선(35, 36)의 경우는 그러하지 않다. 수직방향으로 발생하는 광선의 불가피한 확산은 종래기술의 구조에 있어 광출력 손실의 다른 요인이다. 동일한 문제가 도2에 도시된 종래의 전송장치에도 적용됨을 알 수 있다.

기판이 관련되는 경우 다른 어려움이 발생한다. 종래의 송광 렌즈(30)의 경 우, 도4a(평면도)와 도4b(측면도)는 기판(41) 상에 마련된 안내층(40)을 도시하는데, 이들 둘 사이에는 VCL(33)에 근접한 (선택적인) 광 버퍼층(42)이 마련된다. 비록 기판(41)은 (예컨대, 절단톱을 이용하거나 레이저 절삭에 의해) 만곡 단부면(31)에 가깝게 절단될 수 있지만, 만곡 단부면은 그 완전성을 보전해야만 하는 광학면이다. 도4b는 만곡 단부면의 곡률 때문에 특히 렌즈의 모서리에 인접한 기판(41)과 버퍼층(42)에 의해 방출 광선(43)의 일부가 차단["그늘지게(shadowed)"] 되는 것을 방지하기가 어렵다는 것을 보여준다. 이는 종래 시스템에서의 다른 광손실의 요인을 의미하며, 이론적으로 형상화된 양식으로 기판을 절단함으로써 음영 효과를 방지하는 것이 가능하지만, 이는 과도한 정밀 레이저 절삭을 요하고 저렴한 장치의 제조에 있어 아주 현실성이 없다.

기존 구조의 송광 및 수광 렌즈에서의 다른 문제는 만곡 단부면이 공기/렌즈재 계면을 가져야 한다는 것이다. 따라서, (도파관의 기계적 보호를 위해 아주 바람직한) 상부 클래딩이 부착될 때, 미국 특허 출원 공개 제2005/0089298 A1호에 논의된 바와 같이 만곡 단부면을 덮지 않도록 패턴화되어야 한다. 그러나, 만곡 단부면은 예컨대 광 터치 스크린 센서의 조립 동안 손상될 위험이 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 이러한 단점 중 적어도 하나를 극복하거나 개선하거나 유용한 대안 수단을 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명의 일 태양은, 적어도 하나의 광원과, 복수의 광검출 요소에서 광 강도를 검출하기 위한 적어도 하나의 멀티 요소 광 검출기와, 평면을 한정하는 입력 영역과, 관련 제1 반사 요소 세트를 구비한 제1 도파관 세트 및 제2 도파관 세트를 포함하고 각각의 도파관은 제1 굴절율을 갖는 재료로 구성된 도파관 구조물을 포함하며, 상기 광원은 관련 제1 반사 요소 세트를 구비한 상기 제1 도파관 세트 내로 광을 결합시키고, 상기 제1 도파관 세트는 광을 상기 관련 제1 반사 요소 세트 상으로 진행시키고, 상기 관련 제1 반사 요소 세트는 입력 영역의 평면에서 광을 시준하여 제1 광선 그리드를 생성하고, 상기 제1 광선 그리드는 제1 방향으로 입력 영역을 가로질러 상기 제2 도파관 세트에 의해 상기 멀티 요소 광 검출기의 광검출 요소로 진행되는 전자 장치용 입력 장치를 제공한다.

일 실시예에서, 관련 제1 반사 요소 세트를 구비한 상기 제1 도파관 세트는 입력 영역을 가로질러 제2 도파관 세트의 대응하는 도파관 쪽으로 광선을 전송한다. 바람직하게는, 제2 도파관 세트는 입력 영역의 평면에 광선을 집속시키기 위해 관련 제2 반사 요소 세트를 포함한다.

바람직하게는, 관련 제1 반사 요소 세트의 각 요소는 만곡 반사면과 출력면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며, 광은 관련 도파관에서 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면에서 반사됨으로써 시준되어 재배향되고 상기 제1 방향으로 상기 출력면에서 방출된다.

바람직하게는, 광은 전반사를 거쳐 상기 만곡 반사면에서 반사된다.

일 실시예에서, 상기 만곡 반사면은 오목하다.

일 실시예에서, 상기 만곡 반사면은 포물선형이다. 바람직하게는, 상기 만곡 반사면은 비축 포물선형 거울 요소이다.

다른 실시예에서, 상기 만곡 반사면은 타원형이다.

보다 바람직하게는, 관련 제2 반사 요소 세트의 각 요소는 입력면과 만곡 반사면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며, 광은 상기 제1 방향으로 상기 입력면을 통해 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면과 만남으로써 재배향되어 상기 대응하는 도파관으로 집속된다.

바람직하게는, 상기 만곡 반사면은 오목하다.

다른 실시예에서, 상기 만곡 반사면은 타원형이다.

본 발명의 제2 태양은, 적어도 하나의 광원과, 복수의 광검출 요소에서 광 강도를 검출하기 위한 적어도 하나의 멀티 요소 광 검출기와, 평면을 한정하는 입력 영역과, 관련 제1 반사 요소 세트를 구비한 제1 도파관 세트, 관련 제3 반사 요소 세트를 구비한 제3 도파관 세트, 제2 도파관 세트 및 제4 도파관 세트를 포함하고 각각의 도파관은 제1 굴절율을 갖는 재료로 구성된 도파관 구조물을 포함하며, 상기 광원은 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트를 구비한 상기 제1 및 제3 도파관 세트 내로 광을 결합시키고, 상기 제1 및 제3 도파관 세트는 광을 상기 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트 상으로 진행시키고, 상기 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트는 입력 영역의 평면에서 광을 시준하여 제1 및 제2 광선 그리드를 생성하고, 상기 제1 광선 그리드는 제1 방향으로 입력 영역을 가로질러 상기 제2 도파관 세트에 의해 상기 멀티 요소 광 검출기의 제1 광검출 요소 세트로 진행되고, 상기 제2 광선 그리드는 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 입력 영역을 가로질러 상기 제4 도파관 세트에 의해 상기 멀티 요소 광 검출기의 제2 광검출 요소 세트로 진행되는 전자 장치용 입력 장치를 제공한다.

바람직하게는, 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트를 구비한 제1 및 제3 도파관 세트는 입력 영역을 가로질러 제2 및 제4 도파관 세트의 대응하는 도파관 쪽으로 광선을 전송한다.

바람직하게는, 제2 및 제4 도파관 세트는 입력 영역의 평면에 광선을 집속시키기 위해 관련 제2 및 제4 반사 요소 세트를 포함한다.

바람직하게는, 관련 제1 반사 요소 세트의 각 요소는 만곡 반사면과 출력면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며 광은 관련 도파관에서 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면에서 반사됨으로써 시준되어 재배향되고 상기 제1 방향으로 상기 출력면에서 방출되며, 관련 제3 반사 요소 세트의 각 요소는 만곡 반사면과 출력면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며 광은 관련 도파관에서 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면에서 반사됨으로써 시준되어 재배향되고 상기 제2 방향으로 상기 출력면에서 방출된다.

바람직하게는, 상기 만곡 반사면은 오목하다. 일 실시예에서, 상기 만곡 반사면은 포물선형이다.

바람직하게는, 상기 만곡 반사면은 비축 포물선형 거울 요소이다.

다른 실시예에서, 상기 만곡 반사면은 타원형이다.

바람직하게는, 관련 제2 반사 요소 세트의 각 요소는 입력면과 만곡 반사면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며 광은 상기 제1 방향으로 상기 입력면을 통해 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면과 만남으로써 재배향되어 해당 도파관으로 집속되며, 관련 제4 반사 요소 세트의 각 요소는 입력면과 만곡 반사면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며 광은 상기 제2 방향으로 상기 입력면을 통해 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면과 만남으로써 재배향되어 해당 도파관으로 집속된다.

바람직하게는, 상기 만곡 반사면은 오목하다.

다른 실시예에서, 상기 만곡 반사면은 타원형이다.

바람직하게는, 상기 입력 영역은 사변형이고, 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트를 구비한 상기 제1 및 제3 도파관 세트는 입력 영역의 서로 인접한 제1 및 제3 모서리를 따라 배열되고, 관련 제2 및 제4 반사 요소 세트를 구비한 상기 제2 및 제4 도파관 세트는 입력 영역의 서로 인접한 제2 및 제4 모서리를 따라 배열된다.

바람직하게는, 상기 입력 영역은 직사각형이고 제2 방향은 제1 방향에 사실상 수직하다.

바람직하게는, 관련 제1, 제2, 제3 및 제4 반사 요소 세트를 구비한 제1, 제2, 제3 및 제4 도파관 세트는 입력 영역의 대응하는 모서리에 평행한 직선형 단부면에서 종료된다.

바람직하게는, 제1 방향은 입력 영역의 제1 및 제2 모서리에 사실상 수직하고 제2 방향은 입력 영역의 제3 및 제4 모서리에 사실상 수직하다.

일 실시예에서, 사용자는 입력 영역과 상호 작용함으로써 전자 장치에 입력값을 제공한다. 바람직하게는, 사용자는 손가락이나 첨필을 이용하여 입력 영역과 상호 작용한다.

일 실시예에서, 상기 도파관 구조물은 포토리소그래피식으로 한정된 구조물이다. 다르게는, 상기 도파관 구조물은 성형 구조물이다.

일 실시예에서, 제1 굴절율을 갖는 상기 재료는 절연재이다. 바람직하게는, 절연재는 폴리머이다.

일 실시예에서, 상기 관련 제1 반사 요소 세트는 온도에 사실상 독립적인 방식으로 광을 시준한다.

바람직하게는, 상기 관련 제2 반사 요소 세트는 온도에 사실상 독립적인 방식으로 광선을 집속한다.

바람직하게는, 상기 관련 제3 반사 요소 세트는 온도에 사실상 독립적인 방식으로 광을 시준한다.

바람직하게는, 상기 관련 제4 반사 요소 세트는 온도에 사실상 독립적인 방식으로 광선을 집속한다.

일 실시예에서, 본 발명은 제1 및 제2 도파관 세트의 단부에 인접 배치되어 입력 영역면에 수직한 방향으로 제1 광선 그리드를 시준하는 제1 및 제2 외부 렌즈를 더 포함한다.

일 실시예에서, 본 발명은 제3 및 제4 도파관 세트의 단부에 인접 배치되어 입력 영역면에 수직한 방향으로 제2 광선 그리드를 시준하는 제3 및 제4 외부 렌즈를 더 포함한다.

일 실시예에서, 본 발명은 제1 및 제2 도파관 세트의 단부에 인접 배치되어 입력 영역면에 수직한 방향으로 제1 광선 그리드를 시준하는 제1 및 제2 외부 렌즈와, 제3 및 제4 도파관 세트의 단부에 인접 배치되어 입력 영역면에 수직한 방향으로 제2 광선 그리드를 시준하는 제3 및 제4 외부 렌즈를 더 포함하며, 제1, 제2, 제3 및 제4 도파관 세트의 단부는 직선형이고 제1, 제2, 제3 및 제4 외부 렌즈의 초점면에 위치된다.

일 실시예에서, 본 발명은 제1, 제2, 제3 및 제4 도파관 세트의 단부와 제1, 제2, 제3 및 제4 외부 렌즈 사이에 제2 굴절율을 갖는 투명재를 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 제2 굴절율은 제1 굴절율과 사실상 동일하다.

바람직하게는, 제2 굴절율을 갖는 상기 투명재는 각각의 외부 렌즈를 각각의 도파관 세트에 부착하는 접착제이다. 바람직하게는, 상기 제2 굴절율은 제1 굴절율과 사실상 동일하다.

본 발명의 제3 태양은 일체 형성된 반사 단부 구조물을 구비하고 기판 상에 형성된 제1 광 도파관을 포함하며, 상기 반사 단부 구조물은 제1 광 도파관과 광학 요소 사이의 광을 결합시키기 위해 만곡 내반사면을 포함하는 광전송 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 만곡 내반사면은 기판의 평면에서 광을 집속한다.

일 실시예에서, 상기 만곡 내반사면은 포물선형이다. 바람직하게는, 상기 만곡 반사면은 비축 포물선형 거울 요소이다.

다른 실시예에서, 상기 만곡 반사면은 타원형이다.

바람직하게는, 상기 제1 광 도파관 및 일체 형성된 반사 단부 구조물은 절연재를 포함한다. 보다 바람직하게는, 절연재는 폴리머이다.

바람직하게는, 상기 제1 광 도파관 및 일체 형성된 반사 단부 구조물은 포토리소그래피에 의해 형성된다. 이와 달리, 이들은 성형 기술에 의해 형성될 수도 있다.

바람직하게는, 상기 반사 단부 구조물은 온도에 사실상 독립적인 방식으로 상기 제1 광 도파관과 상기 광학 요소 사이의 광을 결합시킨다.

일 실시예에서, 광학 요소는 광원을 포함하며, 상기 반사 단부 구조물은 상기 광원에서 상기 제1 광 도파관으로 향하는 광을 결합시킨다. 바람직하게는, 본 발명은 상기 제1 광 도파관과 상기 광원 사이에 배치되어 기판에 수직한 방향으로 광을 집속하는 외부 렌즈를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 광학 요소는 검출기를 포함하며, 상기 반사 단부 구조물은 상기 제1 광 도파관에서 상기 검출기로 향하는 광을 결합시킨다. 바람직하게는, 본 발명은 상기 제1 광 도파관과 상기 검출기 사이에 배치되어 기판에 수직한 방향으로 광을 집속하는 외부 렌즈를 더 포함한다.

또다른 실시예에서, 상기 광학 요소는 일체 형성된 반사 단부 구조물을 구비하고 제2 기판 상에 형성되는 제2 광 도파관을 포함하며, 상기 반사 단부 구조물은 만곡 내반사면을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명은 상기 제1 광 도파관의 단부에 인접한 제1 외부 렌즈와 상기 제2 광 도파관의 단부에 인접한 제2 외부 렌즈를 더 포함하며, 제1 및 제2 외부 렌즈는 기판에 수직한 방향으로 광을 집속한다.

바람직하게는, 본 발명은 또한 상기 제1 광 도파관과 상기 제2 광 도파관 사이에 위치되는 입력 영역을 포함한다.

본 발명의 제4 태양은 만곡 내반사면을 포함하는 일체 형성된 반사 단부 구조물을 구비하고 기판 상에 형성되는 제1 광 도파관과, 만곡 내반사면을 포함하는 일체 형성된 반사 단부 구조물을 구비하고 기판 상에 형성되는 제2 광 도파관과, 상기 제1 광 도파관과 상기 제2 광 도파관 사이에 위치되는 입력 영역을 포함하는 적어도 하나의 광전송 장치를 포함하는 전자 장치용 입력 장치를 제공한다.

일 실시예에서, 사용자는 입력 영역과의 상호 작용에 의해 전자 장치에 입력값을 제공한다. 바람직하게는, 사용자는 손가락이나 첨필을 이용하여 입력 영역과 상호 작용한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 예시적으로 설명하기로 한다.

도1은 광선을 면 집속하기 위한 렌즈를 포함하는 종래의 도파관 형태의 광 터치 스크린 센스의 작용을 도시한다.

도2는 두 도파관 사이의 광을 결합하기 위한 종래의 전송 장치의 작용을 도 시한다.

도3a(평면도) 및 도3b(측면도)는 종래의 송광 렌즈의 단부면에 대한 수직 시준 렌즈의 배치를 도시한다.

도4a(평면도) 및 도4b(측면도)는 수직 시준 렌즈 근처에서 기판 상에 마련된 종래의 송광 렌즈에서 발생하는 음영 작용을 도시한다.

도5는 도파관 형태의 광 터치 스크린 센서의 종래의 구형 송광 및 수광 렌즈 쌍을 도시한 평면도이다.

도6은 종래의 구형 수광 렌즈의 작용을 도시한다.

도7a 및 도7b는 25 ℃, -10 ℃ 및 50 ℃의 작동 온도에서 종래의 구형 송광 렌즈/수광 렌즈 쌍의 수광측에서의 집광 효율을 도시한다.

도8은 타원형 렌즈의 광선 시준 특성을 도시한다.

도9는 도파관 형태의 광 터치 스크린 센서의 송광 및 수광 소자 내로 반사 광학체를 합체하기 위한 일반적인 방법을 도시한다.

도10은 포물선형 반사면을 포함하는 송광 요소의 평면도이다.

도11a 및 도11b는 도파관 형태의 광 터치 스크린 센서의 반사체 기반 송광 요소를 위한 두 개의 중첩 구성을 도시한다.

도12a(평면도)와 도12b(측면도)는 포물선형 반사체 기반 송광 요소의 단부면에 대한 수직 집속 렌즈의 배치를 도시한다.

도13a(평면도) 및 도13b(측면도)는 수직 집속 렌즈 근처에서 기판 상에 마련된 포물선형 반사체 기반 송광 요소를 도시한다.

도14는 타원형 반사면을 구비한 한 쌍의 송광 및 수광 요소의 작용을 도시한다.

도15는 타원형 반사면을 포함하는 송광 요소의 평면도이다.

도16은 적절히 패턴화된 상부 클래딩을 구비한 반사체 기반 송광 요소를 도시한다.

도1에 개략적으로 도시된 것으로서, 미국 특허 제5,914,709호, 제6,181,842호 및 제6,351,260호와, 미국 특허 출원 공개 제2002/0088930 A1호 및 제2004/0201579 A1호에 개시된 도파관 형태의 광 터치 스크린 센서 기술은 휴대폰, 컴퓨터, 게임 및 개인휴대 단말기(PDA)와 같이 다양한 소비자용 전자 장치에 적용 가능한 잠재력을 갖는다. 이런 장치에 사용될 수 있기 위해서는 다양한 부품이 만족할만한 가격으로 제조되고 조립될 수 있어야 하는 것이 필수적이다. 예컨대 미국 특허 제4,301,447호에 개시된 바와 같은 쌍으로 마련된 광원 및 검출기의 어레이를 이용한 접근 방식에 비해, 본 발명의 도파관 형태의 기술은 단지 하나의 광원과 하나의 검출기만을 필요로 함으로써 상당한 비용 상의 장점을 제공한다. 도파관 및 관련 시준 광학체가 이런 터치 스크린 센서 기술의 지원요소인 경우, 이들 요소를 저렴하게 대량 생산할 수 있어야 하는데, 이는 폴리머재를 이용하는 경우에만 만족될 수 있는 조건이다.

포토리소그래피/습식 현상법을 이용하여 처리될 수 있는 광 경화성 폴리머는 이들을 패턴화할 수 있는 조건[예컨대, 자외선 노광에 뒤이은 용매 현상]이 용이하 고 가벼우며 처리 설비가 비교적 저렴하기 때문에 특히 바람직하다. 폴리머 도파관을 제조하기 위한 다른 저렴한 방법은 성형 및/또는 엠보싱(예컨대 미국 특허 제5,230,990호 및 제5,265,184호 참조)에 기반한 것으로, 이 경우 도파관은 일단 마스터 또는 주형이 얻어진 후 반복적으로 생산될 수 있다. 광 경화성 폴리머는 성형 공정 동안 필요에 따라 경화(즉, 고화)될 수 있기 때문에 이런 방법에 특히 적절하다.

광 경화성 폴리머의 예로는 아크릴레이트(acrylate)와 실록산(siloxane)이 있다. 한 가지 특히 적절한 종류의 재료는 미국 특허 제6,800,724호 및 제6,818,721호에 개시된 바와 같이 예컨대 축합반응에 의해 합성되는 UV 경화성 실록산 폴리머이다. 실록산 폴리머는 실리콘, 유리 및 플라스틱을 포함한 다양한 기판재에 대해 뛰어난 점착성을 갖는다. 경화속도를 증가시키기 위해 광 개시제 또는 열 개시제가 첨가될 수 있다. 상업상 유용한 광 개시제의 예로는 1-하이드록시-시클로헥실-페닐-케톤[이가큐어(Irgacure) 184], 2-메틸-1[4-메틸티오)페닐]-2-모르포리노프로판(morpholinopropan)-1-원(one)(이가큐어 907), 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-원(이가큐어 651), 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르포리노페닐)-부타논-1(이가큐어 369), 4-(디메틸아미노)벤조페논, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-원[다로커(Darocur) 1173], 벤조페논(다로커 BP), 1-[4-(2-하이드록시에톡시)-페닐]-2-하이드록시-2-메틸-1-프로판-1-원(이가큐어 2959), 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논(DEAB), 2-클로로티옥산톤(chlorothioxanethone), 2-메틸티옥산톤, 2-이소프로필티옥산톤, 벤조인 및 4,4'-디메톡시벤조인이 있다. 가시광을 이용한 경화를 위해 광개시제는 예컨대 캄포퀴논(camphorquinone)일 수 있다. 둘 이상의 광개시제의 혼합물이 사용될 수도 있다. 예컨대, 이가큐어 1000은 80%의 다로큐어 1173과 20%의 이가큐어 184의 혼합물이다. 열 경화를 위해, AIBN(azobisisobutyronitrile)뿐만 아니라 과산화물[예컨대, 디벤조일퍼록사이드(dibenzoyl peroxide)] 형태의 유기 과산화물, 퍼록시디카보네이트(peroxydicarbonates), 퍼에스테르(perexter)(t-부틸 퍼벤조에이트), 퍼케탈(perketals), 하이드로퍼록사이드이 개시제로서 사용될 수도 있다.

안정화제, 가소화제, 대조 강화제, 염료 또는 충전제와 같은 그 밖의 첨가제가 필요에 따라 폴리머의 성질을 개선하기 위해 첨가될 수 있다.

광-패턴화 또는 성형에 의한 도판관 제조에 적절한 폴리머재의 박막이 스핀 코팅, 딥 코팅, 메니스커스 코팅, 압출 코팅 및 슬롯 코팅을 포함한 다양한 방법에 의해 기판 상에 도포될 수 있다. 광-패턴화의 경우, 이들 박막은 예컨대 마스크 정렬기 또는 스테퍼(stepper)에서 마스크를 통해 또는 레이저 직접 기록 과정에 의해 노광될 수 있으며, 일반적으로 마스크를 통한 노광이 높은 제조 처리량을 위해 바람직하다.

이하, 광 터치 스크린 센서의 작동 파장을 850 ㎚로 하고 도파관 및 관련 시준/집속 광학체는 (850 ㎚에서의) 굴절율(n)이 25 ℃에서 1.5315이고 열-광학계수(dn/dT)가 2.8x10^-4/℃인 실록산 폴리머 A로 구성된다고 가정한다. 기술분야의 당업자라면, 서로 다른 굴절율과 dn/dT값을 갖는 다른 유형의 폴리머가 대신 사용 될 경우, 종래의 굴절성 전광 및 수광 광학체가 새로운 굴절율에 적합하도록 재설계될 수 있지만 온도 민감도는 유지됨을 알 것이다.

예 1

본 예는 광 터치 스크린 센서의 일부를 형성하는 종래의 한 쌍의 전광 및 수광 렌즈 세트의 온도 민감도를 설명하기 위해 고안된 것이다. 도5는 각각 폴리머 A로 구성되고 서로의 거울상인 송광 렌즈(50)와 수광 렌즈(51)를 도시한다. 본 예에서, 이들 렌즈는 수평면에 완벽하게 정렬된 것으로, 즉 이들 렌즈가 광축(52)을 공유하는 것으로 가정한다. 터치 스크린의 폭, 즉 렌즈들의 선단-대-선단 거리(53)는 65 ㎜이고 광선을 수직(즉, 지면밖) 차원으로 시준하는 원통형 렌즈는 명료한 설명을 위해 생략되었다. 지점(502, 503)에서 렌즈(50, 51)의 단부로 진입하는 도파관(54, 55)은 모두 폭이 8 ㎛이고 각 렌즈의 대칭축과 정렬된다. 각각의 렌즈(50, 51)는 길이가 1460 ㎛이고 폭(57)이 750 ㎛인 직선 구간(56)을 가지며 곡률반경이 570 ㎛인 원의 호인 만곡면(58, 501)에서 종료한다. 이상적으로, 광원에서 나온 광(59)은 송광 렌즈(50)의 단부로 입사하여 2φ의 각도 내에서 발산하고 만곡면(58)에서 (수평면에서) 하나의 광선으로 시준되며 광선은 스크린을 가로질러 만곡면(501)에 도달하고 광선은 이 만곡면에서 수광 도파관(55) 내로 집속되어 검출기 요소까지 안내된다. 상술한 바와 같이, 스크린을 가로질로 투사된 광선은 분리된 광선이 아닌 광의 라미나를 형성하는 것이 바람직하다. 도5와 관련하여, 이는 만곡면(58)이 광으로 채워지도록 발산각(φ)이 가능한 어떤 값(본 예에서 14.4˚)에 가까워야 함을 의미한다. 실제로, 발산각은 도파관(54)의 폭과 도파관 내에 서 안내되는 광 모드의 수에 의해 대부분 결정되고 폴리머 재료의 굴절율에 의해서는 훨씬 작은 정도로 결정된다.

단순화를 위해, 본 예와 아래의 모든 예에서는 광의 전파를 모델화하기 위해 기하광학 방식이 사용되었다. 터치 스크린을 횡단하는 광의 회절은 무시되고 점원(point sources)[예컨대, 도5의 지점(502)]들이 가정된다. 또한, 광은 수직면에서 완전히 시준되는 것으로 가정된다.

도6은 송광 렌즈(미도시)에서 방출되어 터치 스크린을 가로지르는 선택된 진입 광선(60, 61, 62)과 수광측 렌즈(51)를 도시한다. 광선(60)이 만곡면(501)을 가격하여 도파관(55)으로 진입하도록 굴절된[즉, 4 ㎛의 대칭축 내에서 이면(63)을 가격하는] 바람직한 상황이 도시되어 있다. 진입 광선이 도파관(55)으로 진입하지 않는 두 가지 가능한 상황이 있으며, 이들 상황은 송광/수광 시스템에서의 잠재적 광손실 요인이다. 첫째는 광선(61)이 만곡면(501)에 이르지 못하는 것이고, 둘째는 광선(62)이 만곡면(501)에서 굴절되지만 도파관(55)으로 진입하지 않는 것이다. 만곡면에 이르지 못한 광선(61)과 같은 광선은 인접한 수광 렌즈에 의해 집광될 수 있기 때문에 특히 문제가 된다.

쌍으로 된 송광/수광 렌즈 시스템의 성능은 φ=14.4˚의 최대값까지 발산각(φ)을 0.2˚씩 증분하여 광선을 선택하고 이들 광선이 수광 도파관에 의해 집광되는지 여부를 결정하기 위해 이들 광선을 시스템을 통해 전파시킴으로써 계산되었으며, 수광 도파관에 의해 집광된 광선의 분율은 시스템의 효율을 결정한다. 본 방법은 송광 렌즈로 투사된 광의 강도 분포 I(φ)가 균일한 극도로 단순화된 상황을 가정한다. I(φ)의 실제 형태는 전광 도파관(54)에서의 광 모드의 수에 따르며, 도파관은 다중-모드로 설계되기 때문에 복잡한 함수이기 쉽다. 일반적으로, 도파관이 보다 고도로 다중 모드화될수록 I(φ)은 보다 균일하게 된다. I(φ)의 실제 형태에도 불구하고, 계산은 온도 변화가 시스템의 효율에 영향을 미치는 지점을 설명하는 역할을 한다. 이 계산은 우선 표준 작동 온도일 것으로 생각되는 25 ℃에서 수행되었으며 적당한 작동 온도 범위의 한계인 50 ℃와 -10 ℃에서 반복되었다. 이들 온도에서의 폴리머 A의 굴절율이 아래의 표 1에 주어져 있다.

온도/℃	폴리머 A의 굴절율
-10	1.5413
25	1.5315
50	1.5245

표 1

도7a는 25 ℃(라인 70), -10℃(라인 71) 및 50 ℃(라인 72)에서 발산각(φ)의 함수로서 수광 렌즈의 집광 효율[즉, 전광측 렌즈(50)에서 방출되어 만곡면(501)을 가격하는 광선의 백분율]을 도시한다. 마찬가지로, 도7b는 25 ℃(라인 73), -10℃(라인 74) 및 50 ℃(라인 75)에서의 전체 시스템의 효율[즉, 전광측 렌즈(501)를 가격하고 수광 도파관(55)으로 진입하는 광선의 백분율]을 도시한다. 각각의 온도에 있어, 수광 렌즈에 의해 집광되는 최대 광선 각도(φ)[라인(70, 71, 72)이 100% 아래로 떨어지기 전 각도]가 아래의 표 2에 주어져 있다. 이 값보다 큰 φ로 전광 도파관에서 방출된 광선은 소실될 수 있으며 인접한 수광 도파관에 의해 집광될 수 있다. 비록 온도 효과가 완만하기는 하지만 이런 측정에 의해 시스템은 50 ℃에서 최대로 작용함을 알 수 있다.

온도/℃	수광 렌즈에 의해 집광되는 최대 광선 각도(φ)
-10	9.6˚
25	10.4˚
50	11.0˚

표 2

전체적인 송광/수광 시스템의 집광 효율을 고려하면(도7b), 표 3은 각 온도에 대해, 수광 도파관에 의한 100% 집광을 위한 최대 광선 각도(φ)와 송광 렌즈 충전율이 1/3(φ=4.8˚), 2/3(φ=9.6˚) 및 1(φ=14.4˚)인 경우의 시스템 효율을 보여준다. -10 내지 50 ℃ 동작 범위 내의 온도 변화는 훨씬 큰 효과를 가짐을 알 수 있다. 모든 광선이 수광 렌즈에 의해 집광되는 2/3의 충전율의 경우(표 2), 집광 도파관에서의 집광 효율은 25 ℃에서 사실상 100%로 유지된다. 그러나, 이 충전율은 -10℃에서 83%로 떨어지고 50℃에서는 48%로 떨어짐으로써 상당한 광출력 손실을 나타낸다.

온도/℃	수광 도파관에 의한 100% 집광을 위한 최대 광선 각도 φ	송광 렌즈 충전율=1/3에서의 시스템 효율	송광 렌즈 충전율=2/3에서의 시스템 효율	송광 렌즈 충전율=1에서의 시스템 효율
-10	8.0˚	100%	83%	56%
25	9.4˚	100%	98%	65%
50	1.2˚	54%	48%	36%

표 3

놀랍게도, 시스템 효율(표 3)은 비록 수광 렌즈 집광 효율(표 2)이 이 온도에서 최대라고 하더라도50 ℃에서 가장 좋지 않다. 수광 렌즈로 입사하는 모든 광은 수광 도파관으로 입사하도록 정확하게 굴절될 것으로 가정될 수 없음은 명백하다.

예 1에서, 렌즈의 만곡면은 원호이다. 점원이 타원의 원거리 초점에 있고 타원의 이심율(e)을 n₁/n₂라고 하면, 굴절율(n₂)이 높은 매체(예컨대, 폴리머)에 위치된 점원에서 나온 모든 광선이 완전 시준 방식으로 타원형 렌즈 표면에 의해 굴절율(n₁)이 낮은 매체(예컨대, 공기)로 굴절될 수 있는 것은 기하 광학체의 주지 결과이다["광학(Optics)", 이. 헤치(E. Hetch), 애디슨-위즐리(Addison-Wesley)(1987) 2판 제130면 내지 제131면]. 도8에는 역으로도 성립하는 것이 자명한(시준 광선의 완전 집속) 이런 상황이 도시되어 있다. 이런 결과로부터, 렌즈 표면이 적절한 이심율을 갖는 타원의 세그먼트인 경우, 1을 포함한 최고 1까지의 여하한 충전율에 대해 송광/수광 렌즈 시스템에서 100% 집광 효율을 달성하는 것이 소정 온도에서 가능하다. 포토리소그래피 공정을 이용할 경우, 일단 적절한 마스크가 얻어지면 이는 간단할 것이다. 그러나, 온도의 변화는 n₂를 변화시킴으로써, 렌즈 표면은 더 이상 완전한 시준과 집속을 제공하지 않음으로써, 또다시 집광 효율의 감소를 가져온다.

도파관 형태의 광 터치 스크린 센서를 위한 송광/수광 렌즈 시스템의 온도 민감성의 근원적 원인은 폴리머 렌즈재의 굴절율의 온도 의존성에 있는데, 이는 광선이 두 매체의 계면에서 굴절될 때 입사각과 굴절각(의 사인곡선)이 매체간 굴절율의 비율과 관련되기 때문이다(스넬의 법칙). 이와 달리, 광선이 두 매체의 계면에서 굴절될 때, 입사각과 굴절각은 매체의 굴절율에 관계없이 항상 동일하다. 따라서 반사 수단이 송광측에서 광을 시준해서 이를 수광측에서 집광하도록 고안되는 경우, 시스템은 본질적으로 온도 의존적일 수 있다. 특히 유리한 상황은 폴리머/ 공기 계면에서의 입사각이 θ_c = sin^-1(n_air/n_polymer)로 주어지는 임계각을 넘을 경우 발생하는데, 이 경우 반사는 100%이다(전반사 또는 TIR로 알려진 조건). n_air=1인 경우, 폴리머 A와 공기(-10, 25, 50 ℃)간 계면에서의 임계각이 아래의 표 4에 주어져 있다. -10 내지 50 ℃ 범위에서 θ_c의 온도 의존성은 미약하며, 후술하는 바와 같이 입사각이 항상 θ_c보다 큰 반사성 송광/수광 시스템을 설계하는 것이 손쉽다.

온도/℃	n_polymer	θ_c
-10	1.5413	40.45˚
25	1.5415	40.76˚
50	1.5245	40.99˚

표 4

도9는 광 터치 스크린 센서의 송광 및 수광 요소 내로 반사 광학체를 합체시키기 위한 일반 원리를 도시한다. 송광측 상에는 송광 도파관(91)에서 방출된 광(90)이 반사체(93)에 의해 광선(94)으로서 디스플레이 영역(92)을 가로질러 진행되고 반사체(96)에 의해 수광 도파관(95) 내로 집속된다. 일반적으로, 반사체(93, 96)는 시준 또는 수렴 광선(94)을 생성하기에 적절한 임의의 오목 만곡 형상을 가질 수 있다. 각각은 예컨대 원, 타원, 포물선 또는 쌍곡선의 일부를 포함할 수 있거나 다항방정식에 의해 생성되는 임의의 곡선을 포함할 수 있다. 각각은 만곡면에 근사하는 복수의 직선 세그먼트를 포함할 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 반사체(93, 96)는 포물선 형상이다. 다른 바람직한 실시예에서, 반사체(93, 96)는 타원 형상이다.

이하, 온도 민감성이 감소된 광 터치 스크린 센서의 송광 및 수광 요소와 관련하여 본 발명을 설명한다. 그러나, 본 발명의 원리는 온도 변화로 인해 발생되는 렌즈 굴절율(따라서 렌즈의 굴절력)의 변화에 의해 손상된 도2에 도시된 전송 장치와 같이 관련 렌즈를 구비한 하나 이상의 도파관을 포함하는 여하한 광학 시스템에도 보다 일반적으로 적용될 수 있다.

포물선형 거울이 포물선의 초점에 위치된 점광원에서 방출되는 광을 완전히 시준시킨다는 것은 기하광학체의 주지 결과이다["광학(Optics)", 이. 헤치(E. Hetch), 애디슨-위즐리(Addison-Wesley)(1987) 2판 제156면 내지 제158면]. 원칙적으로, TIR 이탈 포물선형 폴리머/공기 계면을 수반한 송광 및 수광 광학체는 광 터치 스크린 센서의 작업을 본질적으로 온도 독립적으로 만들 수 있다. 기술 분야의 당업자라면 광원과 수광 도파관이 도9에 도시된 바와 같이 시준 광선(94)을 가리지 않도록 비축 포물선 계면이 선호되는 것을 이해할 것이다.

예 2

도10에는 본 발명에 따르는 포물선형 반사체를 포함한 수광 요소(100)가 도시되어 있다. 수광 요소(102)는 각도(β)가 33.1˚인 절곡부(1007)를 거쳐 직선 구간(1008)을 따라 지점(104)에서 폴리머 슬랩 영역(103) 내로 광(101)을 안내하며, 광은 지점(104)에서 발산각(2φ)으로 확산되고 초점이 지점(104)에 위치되고 준선이 광축(105)에 수직한 포물선의 일부인 만곡측(106)과 만난다. 입사각(θ_i)의 범위는 지점(107)의 63˚에서 지점(108)의 68˚까지이며, 전반사 조건이 만족되도 록 항상 임계각(표 4 참조)보다 크다. 만곡측(106)에서 반사된 광은 광축(105)을 따라 시준된다. 폴리머 슬랩 영역(103)의 직선측(109, 1000, 1001)은 길이가 204 ㎛, 687 ㎛, 220 ㎛이고 만곡측(1002, 106)은 길이가 모두 3493 ㎛이다. 만곡측(106)에서 반사된 광은 단부면(1003)에서 송광 요소(100)를 빠져나와 투과 광선(1004)을 형성하는 평행 광선(1009)으로 시준된다. 단부면(1003)은 폭이 709 ㎛이고 나머지 직선측(1005, 1006)은 길이가 모두 110 ㎛이다. 수광 요소는 송광 요소의 거울상이며 상세히 설명하지 않기로 한다.

송광 어레이를 형성하기 위해서는 송광 요소들을 서로 밀접하게 중첩하는 것이 필요하다. 도11a에는 중첩된 반사성 송광 요소(100)의 예시적인 구조가 도시되어 있으며, 도1과 도5에서와 같이 수직 시준 렌즈들은 명료한 설명을 위해 생략되어 있다. 이런 중첩 구조는 직선 구간(1008)의 길이가 점증적으로 변화될 것을 필요로 한다. 다른 중첩 구조에서 직선 구간(1008)의 길이는 일정하게 유지될 수 있으며 측면(1005, 1006)의 길이는 점증적으로 변화될 수 있다. 측면(1005, 1006)은 송광 요소(100)의 작업에 어떤 역할도 하지 않으며 도11b에 도시된 바와 같이 정렬된 모든 송광 요소(100)가 공통 단부면(1003)을 공유하도록 생략될 수 있다. 이런 구성은 이물질이 들어가서 반사면을 오염시킬 수 있는 통로인 간극이 개별 요소의 단부면 사이에 전혀 형성되지 않기 때문에 도11a에 도시된 구성보다 바람직할 수 있다.

도10에서, 평행 광선(1009)은 단부면(1003)에 항상 수직 입사하는데, 이 경우 스넬의 법칙에 따라 폴리머 굴절율의 온도 의존성은 어떤 효과도 갖지 않는다 (θ_i=θ_t=0). 유리하게는, 이런 배열도 또한 도3a, 도3b, 도4a 및 도4b에 도시된 종래의 송광 및 수광 렌즈가 갖는 수직 시준 장애에 대한 해결책을 제공한다. 도12a(평면도)와 도12b(측면도)에는 단일 포물선형 반사체 기반 송광 요소(100)의 단부면(1003)에 대한 수직 시준 렌즈(VCL)(33)의 배치가 도시되어 있다. 단부면(1003)은 직선형이기 때문에, 단부면은 수직 방향으로 발산하는 방출 광선(120)이 수직 시준 광선(121)을 생성하기 위해 전체 폭을 가로질러 동일하게 제대로 집속될 수 있도록 VCL(33)의 집속면(32)에 위치될 수 있다. 이는 도3a 및 도3b에 도시된 렌즈에서 만곡 단부면(31)의 일부만이 VCL(33)의 집속면에 위치될 수 있는 상황과 대조된다. 또한, 단부면(1003)은 직선형이기 때문에, 단부면은 절단톱이나 레이저를 이용하여 용이하게 절단됨으로써 도4a 및 도4b에 도시된 음영 효과를 방지할 수 있다. 도13a(평면도)와 도13b(측면도)는 포물선형 반사체 기반 송광 요소(100)의 경우 기판(41)과 버퍼층(42)이 VCL(33)으로 향하는 방출 광선(43)을 차단할 가능성이 없음을 보여준다.

도12a를 참조하면, 본 발명의 다른 장점은 조립 동안 단부면(1103)과 VCL(33) 사이의 공간(122)이 요소 어레이에 VCL을 부착하기 위한 접착제로 충전될 수 있다는 점이다. 이는 만곡 단부면(31)이 폴리머/공기 계면 굴절율 대비에 의존하기 때문에 종래의 렌즈 방식으로는 가능하지 않다. 이하 명백히 드러나는 바와 같이, 송광 요소와 수광 요소를 형성하기 위해 사용되는 접착제와 재료는 지수 정합, 즉 그 굴절율들이 사실상 동일한 것이 바람직하다.

도10을 참조하면, 예 2의 만곡측(106)은 광이 광축(105)을 따라 완전히 시준되어야 할 경우 제조 과정에 신중히 설계되고 재생되어야만 함을 알 수 있다. 예컨대, 만곡측(106)이 완전 포물선 형상이 아니거나 광원점(104)이 초점에 있지 않은 경우, 방출 광선은 약간 수렴성이 되거나 발산성이 될 수 있다. 이와 달리, 포물선형 반사면의 준선이 광축(105)에 수직하지 않은 경우, 방출 광선은 광축에서 약간 벗어난 방향으로 시준될 수도 있다. 제조 공차에 있어서, 전송된 광선이 송광 요소 및 수광 요소 사이의 지점으로 집속되는 다른 실시예가 바람직할 수 있다. 광 터치 스크린 센서의 송광 요소와 수광 요소가 동일 크기를 갖는다면, 초점은 도14에 도시된 바와 같이 중간점에 위치되어야 한다. 기술 분야의 당업자라면 이런 상황에서 송광측 반사체(141)는 초점들이 광원점(142)과 중간점(143)에 있는 타원의 세그먼트일 필요가 있고 수광측 반사체(144)는 초점들이 수광점(145)과 중간점(143)에 있는 타원의 세그먼트일 필요가 있음을 이해할 것이다. 포물선형 반사체를 갖는 실시예에 비해, 타원형 반사체를 구비한 실시예의 특징은 반사체 설계가 터치 스크린 센서의 물리적 치수, 특히 송광 및 수광 요소에서 중간점(143)까지의 거리에 의존한다는 것이다.

예 3

도15에는 타원형 반사체를 포함하고 65 ㎜폭 터치 스크린용으로 설계된 수광 요소(150)가 도시되어 있다. 송광 도파관(152)은 각도(β)가 33.1˚인 절곡부(1507)를 거쳐 직선 구간(1508)을 따라 지점(154)에서 폴리머 슬랩 영역(153) 내로 광(151)을 안내하며, 광은 이 지점에서 발산각(2φ)으로 확산되고 하나의 초점 이 지점(154)에 있고 다른 초점이 단부면(1503)에서 32.5 ㎜의 거리에 위치된 지점(1504)에 있는 타원의 세그먼트인 만곡측(156)과 만난다. 입사각(θ_i)의 범위는 지점(157)의 63˚에서 지점(158)의 68˚까지이며, 전반사 조건이 만족되도록 항상 임계각(표 4 참조)보다 크다. 폴리머 슬랩 영역(153)의 직선측(159, 1500, 1501)은 길이가 204 ㎛, 687 ㎛, 220 ㎛이고 만곡측(1502, 156)은 길이가 모두 3493 ㎛이다. 만곡측(156)에서 반사된 광은 단부면(1503)에서 송광 요소(150)를 빠져나와 광축(155) 상의 지점(1504)으로 수렴하는 광선(1509)으로 집속된다. 단부면(1503)은 폭이 709 ㎛이고 나머지 직선측(1505, 1506)은 길이가 모두 110 ㎛이다. 수광 요소는 송광 요소의 거울상이며 상세히 설명하지 않기로 한다. (타원형 반사체를 구비한) 송광 요소(150)는 전체 형상에 있어 (포물선형 반사체를 구비한) 송광 요소(110)와 사실상 동일하기 때문에, 도11a와 도11b에 도시된 중첩 설계는 직선 구간(1508)의 길이를 증분식으로 증가시킴으로써 송광 요소(150)에 적용될 수 있다.

온도 의존성을 최소화하기 위한 목적으로 단부면(1503)은 모든 광선(1509)이 단부면(1503)에 수직 입사하도록 지점(1504)을 중심으로 한 원의 호를 포함해야 한다. 단부면(1503)의 곡률반경은 일반적으로 그 폭보다 훨씬 크기 때문에(터치 스크린의 치수는 개개의 송광 및 수광 요소보다 훨씬 크기 때문에), 단부면(1503)은 직선에서 단지 약간만 벗어나게 된다. 그러나, 도12a와 관련하여 상술한 바와 같이 단부면과 VCL 사이의 공간이 조립 동안 지수 정합된 접착제로 충전되는 경우, 단부면(1503)의 형상은 광학적 성능에 대해 무관하게 되고 따라서 직선형으로 제조 되는 것이 유리할 수 있다. 한편, 공간(122)이 접착제로 충전되지 않는 경우, 단부면(1503)이 지점(1504)에 광선(1509)을 집속시키면서 유리하게는 직선이도록 만곡측(156)을 설계하는 것이 여전히 가능하다. 비록 만곡측(156)은 완전 타원형이 아닐 수 있지만, 만곡측은 여전히 "준-타원형(quasi-elliptical)" 곡선이고 본 발명의 범위에 속한다.

(선행 예에서 사용된 기하광학식 접근에서 무시된) 광선 회절을 고려하면 반사체 구조에 대한 작은 조절이 필요할 수도 있다. 기술 분양의 당업자라면 광선이 디스플레이 영역을 가로지를 때 회절로 인해 광선의 추가적이고 불가피하게 확산됨을 알게 될 것이다. 단순한 경우의 가우스 빔에 있어서, 다음의 두 예는 광선이 65 ㎜폭의 터치 스크린을 횡단할 때 포물선형 반사체를 포함하는 송광 요소에 의해 방출되는 광선에 대한 회절 효과를 도시한다.

예 4

본 예에서, 송광 요소는 850 ㎚의 파장 λ으로 폭이 1 ㎜(즉, 광속 허리 w₀= 0.5 ㎜)인 광선을 방출하도록 설계된다. 기본 가우스 광학에서, 광선 반경이 √2의 인자만큼 증가하는 거리로서 정의되는 레일리 범위(Rayleigh range) Z_R은 Z_R = πw₀ ²/λ로 주어진다. 본 예에서, Z_R은 920 ㎜이며, 이는 터치 스크린의 폭(65 ㎜)보다 훨씬 크다. 이와 달리, 65 ㎜의 거리를 진행한 후, 광선 폭은 1 ㎜에서 1.034 ㎜로 단지 약간 확장될 것이다. 본 예에서 빔 회절은 무시할 수 있음을 알 수 있다.

예 5

본 예에서, 송광 요소는 850 ㎚의 파장 λ으로 폭이 0.25 ㎜(즉, 광속 허리 w₀= 0.125 ㎜)인 광선을 방출하도록 설계된다. 광선의 폭이 좁을수록 터치 스크린 센서의 공간 해상도를 개선하는데 바람직함을 알 수 있다. 이 경우, Z_R은 터치 스크린의 폭보다 작은 58 ㎜일 뿐이며, 65 ㎜의 거리를 진행한 후 광선 폭은 0.25 ㎜에서 0.364 ㎜(50% 증가)로 확장됨으로써, 빔 회절은 확실히 무시할 수 없다.

빔 회절을 보상하기 위해, 반사체 구조를 어느 정도 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 반사체의 최적 형상은 완전 포물선형이나 타원형에서 약간 벗어날 수 있다. 그러나, 이런 준-포물선 및 준-타원형 곡면 형상은 본 발명의 범위에 속한다.

반사면의 특정 형상에 관계없이, 도11a와 도11b에 도시된 중첩 레이아웃은 스크린 홈에 위치된 송광측 및 수광측 도파관에서의 절곡 손실이라는 점에 있어 도1에 도시된 종래의 레이아웃보다 우수한 추가적인 장점을 갖는다. 도1에서 도시하는 바와 같이, 종래의 레이아웃은 송광측 도파관(2)과 수광측 도파관(3)이 90도로 절곡될 것을 요구하는 반면, 반사 광학체 레이아웃은 보다 작은 각도로 절곡될 것을 요구하며, 예 2와 예 3의 특별한 경우, 이 각도는 33.1˚이다. 그 밖의 모든 인자(파장, 도파관 치수 및 굴절율 대비)들이 동일하다면, 절곡 손실은 반사 광학체 레이아웃에서 유리하게 낮아지는데, 이는 광출력 부담의 추가적 절감을 의미한다.

예 2와 예 3의 반사 광학체 구조는 폴리머 굴절율의 온도 의존성이 갖는 두 가지 작은 효과가 남아 있기 때문에 절대적 온도 독립성이 아니다. 폴리머 슬랩 영역(103 또는 153) 내측의 발산각(2φ)과 단부면(1003 또는 1503)을 통한 전송 모두는 폴리머 굴절율에 따른다. 첫 번째 효과는 작지만 송광 도파관(102 또는 152)의 소정 폭에 대해 발산각이 폴리머 슬랩 영역(103 또는 153)으로 투사되는 광 모드의 수와 유형에 따르기 때문에 정량하기가 어렵다. 이 효과는 [지점(107, 108, 157, 158)의 위치를 거쳐] 광선의 폭을 소량 변경시키지만 광선의 시준이나 초점에 영향을 미치지 않는다.

두 번째 효과는 주지된 프레스넬 방정식으로부터 쉽게 정량될 수 있다["광학(Optics)", 이. 헤치(E. Hetch), 애디슨-위즐리(Addison-Wesley)(1987) 2판 제94면 내지 제104면]. 굴절율이 n_i인 매체에서 굴절율이 n_t인 매체로 전파되는 광의 투과율 방정식은 광의 편광 상태에도 불구하고 수직 입사시 특히 간단하며, T = 4n_in_t/(n_i+n_t)²로 주어진다. n_air=1인 경우, 폴리머 A에서 공기로(그 반대로) -10, 25 및 50 ℃에서 수직 입사하여 전파되는 광의 투과율이 아래의 표 5에 주어져 있다. 이는 광의 4.6% 미만이 송광 및 수광 폴리머/공기 계면 각각에서의 반사시 소실되며 온도 의존성은 존재하더라도 선택된 작동 온도 범위에서 미약함을 보여준다. 물론, 단부면과 VCL 사이의 공간이 조립 동안 지수 정합된 접착제로 충전되는 경우, 도12a와 관련하여 상술한 바와 같이, 폴리머/공기 계면에는 반사 손실이 없게 된다.

온도/℃	n_polymer	T
-10	1.5413	0.9546
25	1.5315	0.9559
50	1.5245	0.9568

표 5

상술한 온도 의존 효과가 모두 도5에 도시된 종래의 반사 광학체 방식에도 존재한다는 것은 쉽게 알 수 있다. 또한, 폴리머/공기 계면을 통한 투과율을 고려하면, 도10과 도15에 도시된 본 발명의 반사 광학체 구성은 종래의 반사 광학체 방식보다 더 간단함을 보여준다. 단부면에서의 입사각이 항상 0(수직 입사)인 본 발명의 반사 광학체 구성과 달리, 반사 광학체 방식에서 입사각(θ_i)의 각도는 광선 각도(φ)에 따라 가변적이고 이는 (프레스넬 방정식에 따르는) 계면을 통한 투과에 가변성을 도입한다. 수직 입사에서 벗어나면 프레스넬 방정식도 광의 편광 상태에 대한 의존성을 갖게 되지만 이는 편광 상태가 무작위적일 것으로 기대되기 때문에 본 경우에 무시될 수 있다. 순 효과는 투과율이 광선 각도(φ)를 증가시킴에 따라 단조적으로 감소한다는 것으로, 이는 다른 광손실 요인을 의미한다. φ이 14.4˚로 제한된 예 1의 렌즈 설계에서, 25 ℃에서의 투과율은 수직 입사값보다 낮은 1%보다 크지 않음으로 해서, 이 효과는 미약하다. 그러나, 이는 보다 큰 가능한 광선 각도(φ)를 갖는 렌즈 구조에 대해서는 그렇지 않을 수 있다. 송광측 렌즈는 (구조로 인해) θ_i가 φ보다 급격히 증가하기 때문에(예컨대, 예 1의 구조에서 φ가 14.4˚일 때 θ_i는 26.7˚) 특히 취약하며, θ_i가 임계각(~40.5˚)에 접근하는 경우, 폴리머-대-공기 계면을 통한 투과율은 급격히 0에 가까워진다. 마지막으로, 본 발명의 반사체 기반 송광 및 수광 요소를 구비한 경우, 반사 손실은 단부면과 VCL 사이의 공간을 지수 정합 접착제로 채움으로써 제거될 수 없다.

예 6

본 예는 광-패턴화 방법을 이용한 포물선형 반사체 기반 송광 요소의 어레이 제조를 설명한다. 미국 특허 제6,818,721호에 개시된 합성 과정에 따라, 점성도(20 ℃)가 2400 cP이고 굴절율(실내광을 이용하여 아베(Abbe) 굴절계 상에서 20 ℃에서 측정)이 1.498인 저굴절율 폴리머 B를 마련했다. 점성도(20 ℃)가 2300 cP이고 굴절율(20 ℃)이 1.524인 고굴절율 폴리머 A를 마련했다. 폴리머 A와 폴리머 B 모두에 대해 적절한 광 개시제를 첨가했다.

폴리머 B를 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하고 수은 램프에서 방출되는 자외광을 이용하여 경화시켜서 두께가 20 ㎛이고 굴절율이 1.5045(25℃와 850 ㎚에서)인 버퍼층을 형성했다. 폴리머 A를 버퍼층 상에 스핀 코팅하여 두께가 11 ㎛인 코어층을 형성한 후 적절한 마스크를 통해 자외광을 이용하여 패턴화시켰다. 그 후, 노광되지 않은 폴리머 A 재료를 이소프로판올로 용해시킴으로써, 도11a와 도11b에서 예에 대해 도시된 바와 같이, 포물선형 반사체 기반 송광 요소 어레이 형태의 노광된 코어재를 형성했다. 노광된 폴리머 A 재료는 굴절율이 1.5315(25℃와 850 ㎚에서)였다. 최종적으로, 제2 폴리머 B 층을 스핀 코팅하고 다른 적절한 마스크를 통해 제2 폴리머 B층을 자외광으로 패턴 처리하고 노광되지 않은 재료를 이소프로판으로 용해시킴으로써 상부 클래딩 층을 도포시켰다.

각각의 송광 요소의 반사 만곡측(106)이 전반사를 위해 요구되는 폴리머/공 기 계면을 보유하도록 (미국 특허 출원 공개 제2005/0089298 A1에 개시된 바와 같이) 상부 클래딩 층을 패턴화하는 것이 필요하다. 도16은 상부 클래딩(160)을 패턴화하는 한 가지 가능한 방식을 예시하고 있는바, 여기에는 구멍(161)이 각각의 만곡면(106) 둘레에 형상화되어 있다. 도16은 또한 상부 클래딩(160)이 송광 요소(100)의 단부면(1003)까지 바로 연장될 수 있음을 보여준다. 이런 특징은 종래의 송광 및 수광 렌즈가 갖는 상술한 기계적 취약성 문제를 제거하기 때문에 본 발명의 광학체 방식의 또다른 장점을 보여준다. 형상화된 구멍(161) 하부의 반사면(106)은 노출된 만곡 단부면에 비해 조작 및 조립 동안 손상되기가 훨씬 쉽지 않으며 일단 조립이 완료되면 스크린 홈 내에서 보호된다. 상부 클래딩(160)을 갖게 될 경우의 다른 장점은 상부 클래딩이 측면(1005, 1006)들 사이의 간극(존재하는 경우)을 채움으로써 반사 만곡면(106)을 오염시킬 수 있는 (미경화 접착제와 같은) 이물질의 침입을 방지한다는 것이다.

예 7

본 예는 성형 방법을 이용한 포물선형 반사체 기반 송광 요소 어레이의 제조를 설명한다.

포토레지스트층을 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하고 상기 예에서 폴리머 A를 패턴 처리하기 위해 사용된 것과 동일한 마스크를 통해 자외광에 노출시켰다. 그 후, 노광되지 않은 포토레지스트를 이소프로판올로 용해시킴으로써, 원하는 도파관 패턴을 갖는 마스터를 제조했다. 폴리디메틸실록산(PDMS)을 마스터 상으로 흘려 보내어 경화시키고 박피함으로써 스탬프를 형성했다.

예 6에서와 같이 고굴절율 폴리머 A와 저굴절율 폴리머 B를 마련했다. 도파관 어레이를 제조하기 위해, 폴리머 B를 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하고 자외광을 이용하여 경화시켜서 두께가 20 ㎛인 버퍼층을 형성했으며, 폴리머 A를 버퍼층 상에 스핀 코팅하여 두께가 11 ㎛인 코어층을 형성했다. 그 후, PDMS 스탬프를 폴리머 A 층에 도포하고 폴리머를 자외광을 이용하여 경화시킨 후 PDMS 스탬프를 박피시켰다. 선택적으로, 예 6에서와 같이 UV 광을 이용하거나 제2 PDMS 스탬프에 의해 상부 클래딩 층을 도포하고 패턴화할 수 있다.

PDMS는 표면 에너지가 낮고(따라서 대부분의 재료에 들러붙지 않고) 폴리머 A 재료를 경화시키기 위해 사용되는 자외광에 투명하기 때문에 스탬프를 제조하기에 바람직한 재료이다.

비록 본 발명은 특정 예를 참조하여 설명되었지만, 기술 분야의 당업자라면 본 발명이 그 밖의 많은 형태로 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

적어도 하나의 광원과,

복수의 광검출 요소에서 광 강도를 검출하기 위한 적어도 하나의 멀티 요소 광 검출기와,

평면을 한정하는 입력 영역과,

관련 제1 반사 요소 세트를 구비한 제1 도파관 세트 및 제2 도파관 세트를 포함하고, 각각의 도파관은 제1 굴절율을 갖는 재료로 구성된 도파관 구조물을 포함하며,

상기 광원은 관련 제1 반사 요소 세트를 구비한 상기 제1 도파관 세트 내로 광을 결합시키고,

상기 제1 도파관 세트는 광을 상기 관련 제1 반사 요소 세트 상으로 진행시키고,

상기 관련 제1 반사 요소 세트는 입력 영역의 평면에 광을 시준하여 제1 광선 그리드를 생성하고,

상기 제1 광선 그리드는 제1 방향으로 입력 영역을 가로지르고 상기 제2 도파관 세트에 의해 상기 멀티 요소 광 검출기의 광검출 요소로 진행되는 전자 장치용 입력 장치.
제1항에 있어서, 관련 제1 반사 요소 세트를 구비한 상기 제1 도파관 세트는 입력 영역을 가로질러 상기 제2 도파관 세트의 대응하는 도파관 쪽으로 광선을 전송하는 것을 특징으로 하는 전자 장치용 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 도파관 세트는 입력 영역의 평면에 광선을 집속시키기 위해 관련 제2 반사 요소 세트를 포함하는 전자 장치용 입력 장치.
제1항에 있어서, 관련 제1 반사 요소 세트의 각 요소는 만곡 반사면과 출력면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며,

광은 관련 도파관에서 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면에서 반사됨으로써 시준되어 재배향되고 상기 제1 방향으로 상기 출력면에서 방출되는 전자 장치용 입력 장치.
제3항에 있어서, 관련 제1 반사 요소 세트의 각 요소는 입력면과 만곡 반사면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며,

광은 상기 제1 방향으로 상기 입력면을 통해 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면과 만남으로써 재배향되어 관련 도파관으로 집속되는 전자 장치용 입력 장치.
제4항에 있어서, 광은 전반사를 거쳐 상기 만곡 반사면에서 반사되는 전자 장치용 입력 장치.
제4항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 오목한 것을 특징으로 하는 전자 장치용 입력 장치.
제4항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 포물선형인 전자 장치용 입력 장치.
제4항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 비축(off-axis) 포물선형 거울 요소인 전자 장치용 입력 장치.
제4항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 타원형인 전자 장치용 입력 장치.
제5항에 있어서, 광은 전반사를 거쳐 상기 만곡 반사면에서 반사되는 전자 장치용 입력 장치.
제5항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 오목한 전자 장치용 입력 장치.
제5항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 포물선형인 전자 장치용 입력 장치.
제5항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 비축 포물선형 거울 요소인 전자 장치용 입력 장치.
제5항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 타원형인 전자 장치용 입력 장치.
적어도 하나의 광원과,

복수의 광검출 요소에서 광 강도를 검출하기 위한 적어도 하나의 멀티 요소 광 검출기와,

평면을 한정하는 입력 영역과,

관련 제1 반사 요소 세트를 구비한 제1 도파관 세트, 관련 제3 반사 요소 세트를 구비한 제3 도파관 세트, 제2 도파관 세트 및 제4 도파관 세트를 포함하고, 각각의 도파관은 제1 굴절율을 갖는 재료로 구성된 도파관 구조물을 포함하며,

상기 광원은 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트를 구비한 상기 제1 및 제3 도파관 세트 내로 광을 결합시키고,

상기 제1 및 제3 도파관 세트는 광을 상기 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트 상으로 진행시키고,

상기 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트는 입력 영역의 평면에 광을 시준하여 제1 및 제2 광선 그리드를 생성하고,

상기 제1 광선 그리드는 제1 방향으로 입력 영역을 가로질러 상기 제2 도파관 세트에 의해 상기 멀티 요소 광 검출기의 제1 광검출 요소 세트로 진행되고,

상기 제2 광선 그리드는 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 입력 영역을 가로질러 상기 제4 도파관 세트에 의해 상기 멀티 요소 광 검출기의 제2 광검출 요소 세트로 진행되는 전자 장치용 입력 장치.
제16항에 있어서, 제1 및 제3 도파관 세트와 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트는 광선을 입력 영역을 가로질러 제2 및 제4 도파관 세트의 대응하는 도파관 쪽으로 광선을 전송하는 전자 장치용 입력 장치.
제17항에 있어서, 제2 및 제4 도파관 세트는 입력 영역의 평면에 광선을 집속시키기 위해 관련 제2 및 제4 반사 요소 세트를 포함하는 장치용 입력 장치.
제16항에 있어서, 관련 제1 반사 요소 세트의 각 요소는 만곡 반사면과 출력면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며 광은 관련 도파관에서 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면에서 반사됨으로써 시준되어 재배향되고 상기 제1 방향으로 상기 출력면에서 방출되며,

관련 제3 반사 요소 세트의 각 요소는 만곡 반사면과 출력면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며 광은 관련 도파관에서 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면에서 반사됨으로써 시준되어 재배향되고 상기 제2 방향으로 상기 출력면에서 방출되는 전자 장치용 입력 장치.
제18항에 있어서, 관련 제1 반사 요소 세트의 각 요소는 입력면과 만곡 반사면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며 광은 상기 제1 방향으로 상기 입력면을 통해 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면과 만남으로써 재배향되어 관련 도파관 내로 집속되며,

관련 제4 반사 요소 세트의 각 요소는 입력면과 만곡 반사면을 갖는 평면 슬랩 영역을 포함하며 광은 상기 제2 방향으로 상기 입력면을 통해 상기 평면 슬랩 영역으로 입사하고 상기 만곡 반사면과 만남으로써 재배향되어 관련 도파관 내로 집속되는 전자 장치용 입력 장치.
제19항에 있어서, 광은 전반사를 거쳐 상기 만곡 반사면에서 반사되는 전자 장치용 입력 장치.
제19항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 오목한 전자 장치용 입력 장치.
제19항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 포물선형인 전자 장치용 입력 장치.
제19항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 비축 포물선형 거울 요소인 전자 장치용 입력 장치.
제19항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 타원형인 전자 장치용 입력 장치.
제20항에 있어서, 광은 전반사를 거쳐 상기 만곡 반사면에서 반사되는 전자 장치용 입력 장치.
제20항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 오목한 전자 장치용 입력 장치.
제20항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 포물선형인 전자 장치용 입력 장치.
제20항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 비축 포물선형 거울 요소인 전자 장치용 입력 장치.
제20항에 있어서, 상기 만곡 반사면은 타원형인 전자 장치용 입력 장치.
제18항에 있어서, 상기 입력 영역은 사변형이고, 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트를 구비한 상기 제1 및 제3 도파관 세트는 입력 영역의 서로 인접한 제1 및 제3 모서리를 따라 배열되고, 관련 제2 및 제4 반사 요소 세트를 구비한 상기 제2 및 제4 도파관 세트는 입력 영역의 서로 인접한 제2 및 제4 모서리를 따라 배열되는 전자 장치용 입력 장치.
제31항에 있어서, 상기 입력 영역은 직사각형이고 제2 방향은 제1 방향에 사실상 수직한 전자 장치용 입력 장치.
제31항에 있어서, 관련 제1, 제2, 제3 및 제4 반사 요소 세트를 구비한 제1, 제2, 제3 및 제4 도파관 세트는 입력 영역의 대응하는 모서리에 평행한 직선형 단부면에서 종료되는 전자 장치용 입력 장치.
제32항에 있어서, 제1 방향은 입력 영역의 제1 및 제2 모서리에 사실상 수직하고 제2 방향은 입력 영역의 제3 및 제4 모서리에 사실상 수직한 전자 장치용 입력 장치.
제1항에 있어서, 사용자는 입력 영역과 상호 작용함으로써 전자 장치에 입력값을 제공하는 전자 장치용 입력 장치.
제35항에 있어서, 사용자는 손가락이나 첨필을 이용하여 입력 영역과 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 전자 장치용 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 도파관 구조물은 포토리소그래피식으로 한정된 구조물인 전자 장치용 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 도파관 구조물은 성형 구조물인 전자 장치용 입력 장치.
제1항에 있어서, 제1 굴절율을 갖는 상기 재료는 절연재인 전자 장치용 입력 장치.
제39항에 있어서, 절연재는 폴리머인 전자 장치용 입력 장치.
제16항에 있어서, 사용자는 입력 영역과 상호 작용함으로써 전자 장치에 입력값을 제공하는 전자 장치용 입력 장치.
제41항에 있어서, 사용자는 손가락이나 첨필을 이용하여 입력 영역과 상호 작용하는 전자 장치용 입력 장치.
제16항에 있어서, 상기 도파관 구조물은 포토리소그래피식으로 한정된 구조물인 전자 장치용 입력 장치.
제16항에 있어서, 상기 도파관 구조물은 성형 구조물인 전자 장치용 입력 장치.
제16항에 있어서, 제1 굴절율을 갖는 상기 재료는 절연재인 전자 장치용 입력 장치.
제45항에 있어서, 절연재는 폴리머인 전자 장치용 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 관련 제1 반사 요소 세트는 온도에 사실상 독립적인 방식으로 광을 시준하는 전자 장치용 입력 장치.
제3항에 있어서, 상기 관련 제2 반사 요소 세트는 온도에 사실상 독립적인 방식으로 광선을 집속하는 전자 장치용 입력 장치.
제16항에 있어서, 상기 관련 제1 및 제3 반사 요소 세트는 온도에 사실상 독립적인 방식으로 광을 시준하는 전자 장치용 입력 장치.
제18항에 있어서, 상기 관련 제2 및 제4 반사 요소 세트는 온도에 사실상 독립적인 방식으로 광선을 집속하는 전자 장치용 입력 장치.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 도파관 세트의 단부에 인접 배치되어 입력 영역면에 수직한 방향으로 제1 광선 그리드를 시준하는 제1 및 제2 외부 렌즈를 더 포함하는 전자 장치용 입력 장치.
제51항에 있어서, 제1 및 제2 도파관 세트의 단부는 직선형이고 제1 및 제2 외부 렌즈의 초점면에 위치되는 전자 장치용 입력 장치.
제52항에 있어서, 제1 및 제2 도파관 세트의 단부와 제1 및 제2 외부 렌즈 사이에 제2 굴절율을 갖는 투명재를 더 포함하는 전자 장치용 입력 장치.
제53항에 있어서, 상기 제2 굴절율은 상기 제1 굴절율과 사실상 동일한 전자 장치용 입력 장치.
제53항에 있어서, 제2 굴절율을 갖는 상기 투명재는 각각의 외부 렌즈를 각각의 도파관 세트에 부착하는 접착제인 전자 장치용 입력 장치.
제55항에 있어서, 상기 제2 굴절율은 상기 제1 굴절율과 사실상 동일한 전자 장치용 입력 장치.
제16항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 도파관 세트의 단부에 인접 배치되어 입력 영역면에 수직한 방향으로 제1 및 제2 광선 그리드를 시준하는 제1, 제2, 제3 및 제4 외부 렌즈를 더 포함하는 전자 장치용 입력 장치.
제57항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 도파관 세트의 단부는 직선형이고 제1, 제2, 제3 및 제4 외부 렌즈의 초점면에 위치되는 전자 장치용 입력 장치.
제58항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 도파관 세트의 단부와 제1, 제2, 제3 및 제4 외부 렌즈 사이에 제2 굴절율을 갖는 투명재를 더 포함하는 전자 장치용 입력 장치.
제59항에 있어서, 상기 제2 굴절율은 상기 제1 굴절율과 사실상 동일한 전자 장치용 입력 장치.
제59항에 있어서, 제2 굴절율을 갖는 상기 투명재는 각각의 외부 렌즈를 각각의 도파관 세트에 부착하는 접착제인 전자 장치용 입력 장치.
제61항에 있어서, 상기 제2 굴절율은 상기 제1 굴절율과 사실상 동일한 전자 장치용 입력 장치.
일체 형성된 반사 단부 구조물을 구비하고 기판 상에 형성된 제1 광 도파관을 포함하며,

상기 반사 단부 구조물은 제1 광 도파관과 광학 요소 사이의 광을 결합시키기 위해 만곡 내반사면을 포함하는 광전송 장치.
제63항에 있어서, 만곡 내반사면은 기판의 평면에서 광을 집속하는 광전송 장치.
제63항에 있어서, 만곡 내반사면은 포물선형인 광전송 장치.
제63항에 있어서, 만곡 내반사면은 비축 포물선형 거울 요소인 광전송 장치.
제63항에 있어서, 만곡 내반사면은 타원형인 광전송 장치.
제63항에 있어서, 상기 제1 광 도파관 및 일체 형성된 반사 단부 구조물은 절연재를 포함하는 광전송 장치.
제68항에 있어서, 절연재는 폴리머인 광전송 장치.
제69항에 있어서, 상기 제1 광 도파관 및 일체 형성된 반사 단부 구조물은 포토리소그래피에 의해 형성되는 광전송 장치.
제69항에 있어서, 상기 제1 광 도파관 및 일체 형성된 반사 단부 구조물은 성형 기술에 의해 형성되는 광전송 장치.
제63항에 있어서, 상기 반사 단부 구조물은 온도에 사실상 독립적인 방식으로 상기 제1 광 도파관과 상기 광학 요소 사이의 광을 결합시키는 광전송 장치.
제63항에 있어서, 광학 장치는 광원을 포함하며, 상기 반사 단부 구조물은 상기 광원에서 상기 제1 광 도파관으로 향하는 광을 결합시키는 광전송 장치.
제73항에 있어서, 상기 제1 광 도파관과 상기 광원 사이에 배치되어 기판에 수직한 방향으로 광을 집속하는 외부 렌즈를 더 포함하는 광전송 장치.
제63항에 있어서, 광학 장치는 검출기를 포함하며, 상기 반사 단부 구조물은 상기 제1 광 도파관에서 상기 검출기로 향하는 광을 결합시키는 광전송 장치.
제75항에 있어서, 상기 제1 광 도파관과 상기 검출기 사이에 배치되어 기판에 수직한 방향으로 광을 집속하는 외부 렌즈를 더 포함하는 광전송 장치.
제63항에 있어서, 광학 요소는 일체 형성된 반사 단부 구조물을 구비하고 제2 기판 상에 형성되는 제2 광 도파관을 포함하며, 상기 반사 단부 구조물은 만곡 내반사면을 포함하는 광전송 장치.
제77항에 있어서, 상기 제1 광 도파관의 단부에 인접한 제1 외부 렌즈와 상기 제2 광 도파관의 단부에 인접한 제2 외부 렌즈를 더 포함하며, 제1 및 제2 외부 렌즈는 기판에 수직한 방향으로 광을 집속하는 광전송 장치.
제77항에 있어서, 상기 제1 광 도파관과 상기 제2 광 도파관 사이에 위치되는 입력 영역을 더 포함하는 광전송 장치.
제79항에 따른 적어도 하나의 광전송 장치를 포함하는 전자 장치용 입력 장치.
제80항에 있어서, 사용자는 입력 영역과의 상호 작용에 의해 전자 장치에 입력값을 제공하는 전자 장치용 입력 장치.
제81항에 있어서, 사용자는 손가락이나 첨필을 이용하여 입력 영역과 상호 작용하는 전자 장치용 입력 장치.