DE112005001310T5

DE112005001310T5 - Wellenleiter mit einer dreidimensionalen Linse

Info

Publication number: DE112005001310T5
Application number: DE112005001310T
Authority: DE
Inventors: Xiao Bing San Jose Luo
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: POA SANA LIQUIDATING TRUST, MOUNTAIN VIEW, CAL, US
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2007-04-26
Also published as: CN101002119A; WO2005121851A2; WO2005121851A3; JP2008502009A; KR20070033414A; US7676131B2; US20050271326A1

Abstract

Vorrichtung, die folgendes umfaßt:
ein Tragesubstrat mit einer Oberfläche;
einen Wellenleiter, der zur Transmission von Licht geeignet ist, wobei der Wellenleiter auf der Oberfläche des Tragesubstrats ausgebildet ist und eine Dicke hat, die sich in orthogonaler Richtung von der Oberfläche des Tragesubstrats aus bemißt; und eine optische Linse, die integral mit dem Wellenleiter ausgebildet ist, wobei die optische Linse eine maximale Linsendicke aufweist, die größer als die Wellenleiterdicke ist, wobei die von dem Wellenleiter transmittierten Lichtstrahlen durch die optische Linse so kollimiert werden, daß die Lichtstrahlen aus der optischen Linse in einer Ebene emittiert werden, die im wesentlichen koplanar zur Oberfläche des Tragesubstrats ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Transmissionsvorrichtungen und insbesondere optische Linsen, die Lichtstrahlen in einer Ebene kollimieren.
Benutzer-Eingabegeräte für Datenverarbeitungssysteme können viele Formen annehmen. Zwei relevante Typen sind berührungsempfindliche Bildschirme (Touchscreen) und stiftbetätigte Bildschirme. Bei einem berührungsempfindlichen Bildschirm oder einem stiftbetätigten Bildschirm kann ein Benutzer Daten eingeben, indem er den Anzeigebildschirm entweder mit dem Finger oder einem Eingabegerät, wie einem Eingabestift (Stylus) oder Stift berührt.
Ein herkömmlicher Ansatz zum Vorsehen eines berührungsempfindlichen oder stiftbetätigten Eingabesystems besteht darin, dem Anzeigebildschirm einen Widerstands- oder kapazitiven Film zu überlagern. Dieser Ansatz bringt eine Anzahl von Nachteilen mit sich. Zunächst bewirkt der Film, daß die Anzeige trüb erscheint, und verdunkelt die Ansicht der darunter liegenden Anzeige. Um dies auszugleichen, wird häufig die Intensität des Anzeigebildschirms erhöht. Im Fall der meisten tragbaren Geräte, wie Mobiltelefone, PDAs und Laptop-Computer, erfordert die zusätzliche Intensität jedoch zusätzliche Leistung, wodurch sich die Lebensdauer der Batterie des Gerätes verringert. Die Filme können auch leicht beschädigt werden. Zusätzlich nehmen die Kosten der Filme mit der Größe des Bildschirms dramatisch zu. Bei großen Bildschirmen sind die Kosten daher in der Regel nicht vertretbar.
Ein weiterer Ansatz zum Vorsehen eines berührungsempfindlichen oder stiftbetätigten Eingabesystems besteht darin, eine Anordnung aus LED-Lichtquellen (LEDs) entlang zweier benachbarter X- und Y-Seiten einer Eingabeanzeige und eine reziproke Anordnung aus entsprechenden Photodioden entlang der gegenüber liegenden zwei benachbarten X- und Y-Seiten der Eingabeanzeige vorzusehen. Jede LED erzeugt einen Lichtstrahl, der auf die reziproke Photodiode gerichtet ist. Wenn der Benutzer die Anzeige entweder mit einem Finger oder einem Stift berührt, werden die Unterbrechungen in den Lichtstrahlen von den entsprechenden X- und Y-Photodioden auf der gegenüber liegenden Seite der Anzeige erfaßt. Die Dateneingabe wird somit ermittelt, indem die Koordinaten der Unterbrechungen berechnet werden, die von den X- und Y-Photodioden erfaßt werden. Diese An der Dateneingabe-Anzeige bringt jedoch auch eine Anzahl von Nachteilen mit sich. Für eine übliche Dateneingabe-Anzeige ist eine große Anzahl von LEDs und Photodioden notwendig. Die Positionen der LEDs und der reziproken Photodioden müssen ferner ausgerichtet werden. Die relativ große Anzahl der LEDs und Photodioden und die Notwendigkeit einer präzisen Ausrichtung machen solche Anzeigen komplex, teuer und schwierig herzustellen.
In Anbetracht der vorhergehenden Erörterung gibt es andauernde Anstrengungen, eine verbesserte Dateneingabevorrichtung und verbesserte Verfahren bereitzustellen, die eine kontinuierliche Schicht oder "Lamina" aus Licht aufweisen, die im freien Raum an einem Touchscreen angrenzend, vorgesehen ist, und einen optischen Positions-Digitalisierer anzugeben, der Dateneingaben detektiert, indem er den Ort von "Schatten" in der Schicht ermittelt, die durch eine Eingabevorrichtung, wie beispielsweise einen Finger oder einen Eingabestift, hervorgerufen werden, die die Schicht unterbricht, wenn sie den Schirm berührt.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf optische Transmissionstechniken für die effiziente Transmission von Lichtstrahlen in einer erwünschten Ebene gerichtet, die sich oberhalb einer Arbeitsfläche befindet. Die Techniken bzw. Methoden beziehen sich insbesondere auf eine optische Transmissionsstruktur, die einen Wellenleiter und eine optische Linse umfaßt. Die optische Linse ist auf der Arbeitsfläche ausgebildet und hat eine ausreichend große Dicke, um die Ausbildung einer gekrümmten vorderen Linsenfläche zu gestatten, die transmittierte Lichtstrahlen so kollimiert, daß sie sich in einer Ebene, die die koplanar zur Arbeitsfläche ist, ausbreiten. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Methode zur Herstellung der optischen Transmissionsstruktur, die die Verwendung eines Photopolymermaterials beinhaltet. Die optische Transmissionsstruktur kann in verschiedenen Systemen, wie beispielsweise einem System für eine optische Dateneingabe, implementiert werden.
Als Vorrichtung umfaßt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens ein Tragesubstrat, einen Wellenleiter und eine optische Linse. Der Wellenleiter überträgt Licht und ist auf der Oberfläche des Tragesubstrats ausgebildet. Die optische Linse ist integral mit dem Wellenleiter ausgebildet und hat eine maximale Linsendicke, die größer als die Wellenleiterdicke ist. Die von dem Wellenleiter transmittierten Lichtstrahlen werden durch die optische Linse so kollimiert, daß die Lichtstrahlen aus der optischen Linse in einer Ebene emittiert werden, die im wesentlichen koplanar zur Oberfläche des Tragesubstrats ist. In einer speziellen Ausführungsform der Vorrichtung hat die optische Linse eine Vorderfläche, durch die Lichtstrahlen transmittiert und/oder empfangen werden. Außerdem hat die Vorderfläche mindestens eine In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve, die einen Umriß hat, der in einer Ebene definiert ist, die senkrecht zur Oberfläche des Tragesubstrats ist und die mit der Richtung ausgerichtet ist, in der ein bestimmter Lichtstrahl sich ausbreitet.
In einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung umfaßt die Erfindung mindestens ein Tragesubstrat, eine Boden-Cladding-Schicht, einen Wellenleiter und eine optische Linse. Der Wellenleiter ist für die Übertragung bzw. Transmission von Licht geeignet und ist auf der Boden-Cladding-Schicht ausgebildet. Die optische Linse hat ein erstes Ende, welches mit dem Wellenleiter verbunden ist, so daß Lichtstrahlen zwischen dem Wellenleiter und der optischen Linse übertragen werden können. Die optische Linse hat außerdem ein zweites Ende, welches eine vordere Linsenfläche bildet. Die optische Linse hat ferner einen erhöhten Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende, wobei die optische Linse die Lichtstrahlen so kollimiert, daß die durch die vordere Linsenfläche transmittierten Lichtstrahlen sich parallel zur Oberfläche des Tragesubstrats ausbreiten.
In noch einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung umfaßt die Erfindung mindestens ein Tragesubstrat, eine Schicht aus Licht, die über der Oberfläche des Tragesubstrats ausgebildet ist, eine Mehrzahl optischer Strukturen und eine optische Positionsdetektionsvorrichtung. Die Mehrzahl von optischen Strukturen bilden die Schicht aus Licht, wobei eine jede der optischen Strukturen aus einem Wellenleiter und einer optischen Linse gebildet ist. Ein jeder der Wellenleiter ist zur Transmission von Licht geeignet und auf der Oberfläche des Tragesubstrats ausgebildet. Eine jede der optischen Linsen hat ein erstes Ende, welches mit einem zugehörigen Wellenleiter verbunden ist, so daß Lichtstrahlen zwischen dem Wellenleiter und der optischen Linse übertragen werden können, und ein zweites Ende, welches eine vordere Linsenfläche bildet. Eine jede der optischen Linsen hat einen erhöhten Bereich zwischen ihrem jeweiligen ersten und zweiten Ende, wobei eine jede der optischen Linsen die Lichtstrahlen so kollimiert, daß die durch die vordere Linsenfläche transmittierten Lichtstrah len sich in einer Ebene ausbreiten, die im wesentlichen koplanar zur Oberfläche des Tragesubstrats ist. Die optische Positionsdetektionsvorrichtung ist optisch mit einem jeden der Wellenleiter gekoppelt und ist dazu konfiguriert, Dateneingaben in das Eingabesystem zu detektieren, indem der Ort von Unterbrechungen in der Lichtschicht ermittelt werden, wenn Daten in das Eingabesystem eingegeben werden.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Figuren mehr im Detail präsentiert, die anhand von Beispielen die Prinzipien der Erfindung illustrieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung kann zusammen mit weiteren ihrer Vorteile am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, von denen:
1 ein Touchscreen-Anzeigesystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 und 3 zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer optischen Transmissionsstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 und 5 zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer optischen Transmissionsstruktur gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Flußdiagramm, welches ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Struktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschreibt.
7 und 8 zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer Schicht eines Photopolymer-Materials, die auf ein Tragesubstrat aufgebracht wurde, wobei die Photopolymer-Materialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bearbeitet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In der folgenden Beschreibung wird eine Vielzahl spezifischer Details angegeben, um ein gründli ches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist dem Fachmann jedoch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch ohne einige oder sämtliche dieser spezifischen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden wohlbekannte Vorgänge nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötigerweise zu verschleiern.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Transmissionsmethoden und -techniken für die effiziente Transmission von Lichtstrahlen innerhalb einer erwünschten Ebene, welche sich oberhalb einer Arbeitsfläche befindet. Die Techniken beziehen sich insbesondere auf eine optische Transmissionsstruktur, die einen Wellenleiter und eine optische Linse umfaßt. Die optische Linse ist auf der Arbeitfläche ausgebildet und hat eine ausreichend große Dicke, um die Ausbildung einer gekrümmten vorderen Linsenfläche zu gestatten, die die durchgelassenen Lichtstrahlen kollimiert, so daß sie sich in einer Ebene ausbreiten, die koplanar zur Arbeitsfläche ist. Die Form der optischen Linse kollimiert die Lichtstrahlen auf effiziente Weise ohne zusätzliche Kollimationslinsen ohne die Herstellungsprozesse, die zum Einbau solcher zusätzlicher Linsen notwendig sind, erforderlich zu machen. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Methode zum Herstellen der optischen Transmissionsstruktur, die die Verwendung eines Photopolymer-Materials beinhaltet. Die optische Transmissionsstruktur kann in verschiedenen Systemen implementiert werden, wie beispielsweise als ein System zur optischen Dateneingabe.
Die vorliegende Beschreibung wird zuerst ein optisches Dateneingabesystem beschreiben, welches eine optische Transmissionsstruktur nach der vorliegenden Erfindung verwendet. Dann wird sich die Beschreibung den Details bezüglich der optischen Transmissionsstruktur und einem Verfahren zum Herstellen der optischen Transmissionsstruktur widmen. Man beachte, daß die optische Transmissionsstruktur der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um Lichtsignale zu transmittieren und/oder empfangen, obwohl der Begriff "Transmission" nahelegen könnte, daß die Struktur nur für das Übertragen bzw. Transmittieren von Signalen zu verwenden ist. Daher schränkt der Begriff "Transmission" die optische Struktur funktionell nicht auf die Übertragung von Signalen ein.
In 1 ist ein Touchscreen-Anzeigesystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Touchscreen-Anzeigesystem 10 umfaßt eine zusammenhängende Ebene oder Schicht bzw. "Lamina" 12 aus Licht, die in dem freien Raum erzeugt ist, der an einen Anzeigeschirm 14 angrenzend oder unmittelbar oberhalb desselben erzeugt wird. Die Schicht 12 wird durch eine X-Achsen-Eingabelichtquelle 16 und eine Y-Achsen-Eingabelichtquelle 18 erzeugt, die jeweils konfiguriert sind, um Licht durch den freien Raum unmittelbar oberhalb der Oberfläche des Schirms 14 in X- bzw. Y-Richtung propagieren zu lassen. Der freie Raum ist im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Schirms 14 und ist unmittelbar vor dem Schirm 14 angeordnet. Die Schicht 12 wird somit unterbrochen, wenn eine Eingabevorrichtung (nicht gezeigt), wie beispielsweise der Finger eines Benutzers oder ein in der Hand gehaltener Stylus oder Stift verwendet wird, um den Schirm 14 während eines Dateneingabevorgangs zu berühren. Ein X-Achsen-Lichtempfangsarray 20 und ein Y-Achsen-Lichtempfangsarray 22 sind an den zwei gegenüberliegenden Seiten des Schirms 14, die der X-Achsen-Lichtquelle 16 bzw. der Y-Achsen-Lichtquelle 18 gegenüberliegen, angeordnet. Die Lichtempfangsarrays 20 und 22 detektieren die X-Achsen- und Y-Achsen-Koordinaten einer jeden Unterbrechung oder eines jeden "Schattens" in der Schicht 12, die dadurch verursacht wird, daß eine Eingabevorrichtung die Schicht 12 im freien Raum oberhalb des Schirms 14 während eines Dateneingabevorgangs durchbricht. Ein Prozessor 24, der mit dem X-Achsen-Array 20 und dem Y-Achsen-Array 22 gekoppelt ist, wird verwendet, um die X-Achsen- und Y-Achsen-Koordinaten der Unterbrechung zu berechnen. Gemeinsam stellen das X-Achsen-Array 20, das Y-Achsen-Array 22 und der Prozessor 24 eine optische Positionsdetektionsvorrichtung zum Detektieren der Position von Unterbrechungen in der Schicht 12 bereit. Basierend auf den Koordinaten der Unterbrechung kann eine Dateneingabe auf dem Schirm 14 bestimmt werden.
Die Lichtschicht 12 hat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine im wesentlichen gleichförmige Intensität. Der benötigte dynamische Bereich der lichtempfindlichen Schaltung in dem X-Achsen-Empfangsarray 20 und dem Y-Achsen-Empfangsarray 22 wird daher minimiert, und es wird eine hohe Interpolationsgenauigkeit beibehalten. In einer alternativen Ausführungsform jedoch kann eine nicht gleichförmige Schicht 12 verwendet werden. Unter diesen Umständen sollte der Bereich geringster Intensität der Schicht 12 eine Intensität aufweisen, die die Lichtaktivierungsschwelle der lichtdetektierenden Elemente, die von den X-Achsen-Array 20 und dem Y-Achsen-Array 22 verwendet werden, übersteigt.
Der Anzeigebildschirm 14 kann eine beliebige Art von Datenanzeige gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung sein. Beispielsweise kann der Schirm 14 eine Anzeige für einen PC, eine Workstation, einen Server, einen mobilen Computer, einen Laptop-Computer, ein Verkaufsterminal, ein Personal-Digital-Assistance (PDA)-Gerät, ein Mobiltelefon, oder eine beliebige Kombination derselben sein, oder irgendeine andere An von Vorrichtung, die Dateneingaben empfängt und verarbeitet.
Die X- und Y-Eingabelichtquellen 16 und 18 sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung jeweils eine Quelle für kollimierte Lichtstrahlen. Das kollimierte Licht kann auf eine beliebige Weise unter einer Reihe von unterschiedlichen Arten erzeugt werden. Beispielsweise kann es von einer einzelnen Lichtquelle erzeugt werden, die am Brennpunkt einer Kollimationslinse montiert ist. Alternativ können die kollimierten Lichtstrahlen von einer Mehrzahl von punktförmigen Lichtquellen und zugehörigen Kollimationslinsen erzeugt werden. In noch einer weiteren Ausführungsform können die X- und Y-Eingabelichtquellen 16 und 18 durch Fluoreszenzlicht und einen Diffusor gebildet werden. Die Punktlichtquelle oder -quellen können durch eine LED oder durch einen „Vertical Cavity Surface Emitting Laser" (VCSEL) gebildet werden.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle durch einen Lichtsender bzw. -transmitter mit voneinander beabstandeten Facetten gebildet werden, denen Licht von einem Vertikallaser zugeführt wird.
Die Wellenlänge des durch die X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquelle 16 bzw. 18 erzeugten Lichts, welches zum Erzeugen der Schicht 12 verwendet wird, kann gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ebenfalls variieren. Beispielsweise kann das Licht eine große Bandbreite aufweisen mit einem ausgedehnten Wellenlängenspektrumsbereich von 350 Nanometer bis 1100 Nanometer, wie beispielsweise weißes Licht aus einer Glühlichtquelle. Alternativ kann das Eingabelicht ein schmales Band aufweisen mit einem beschränkten Spektrum, welches in einem Bereich von 2 Nanometer liegt. Die Verwendung von Licht mit einem schmalen Band gestattet das Filtern von breitbandigem Rausch-Licht. Die Verwendung eines schmalbandigen Lichtes gestattet es außerdem, die Lichtwellenlänge im wesentlichen an das Ansprechprofil des X-Achsen-Lichtempfangsarrays 20 und des Y-Achsen-Lichtempfangsarray 22 anzupassen. In noch einer weiteren Ausführungsform kann homogenes Licht mit einer einzigen Wellenlänge verwendet werden. Beispielsweise kann bei dieser Anwendung Infrarot- bzw. IR-Licht verwendet werden, welches üblicherweise bei drahtlosen Datenübertragungskommunikationen verwendet wird.
Die Lichtquellen können, unabhängig von ihrem Typ, außerdem entweder kontinuierlich oder periodisch betrieben werden, unter Verwendung eines Ein/Aus-Zyklus. Ein Ein/Aus-Zyklus spart Leistung, minimiert die von der Lichtquelle erzeugte Wärme und gestattet eine zeitliche Filterung, um Rauschen zu verringern, wie beispielsweise eine Loch-in-Detektion. Während des Aus-Zyklus messen das X-Lichtempfangsarray 20 und das Y-Lichtempfangsarray 22 das passive oder "dunkle" Licht (Rauschen). Die Dunkellichtmessung wird dann von dem aktiven Licht subtrahiert, welches während des Ein-Zyklus detektiert wird. Die Subtraktion filtert somit einen Gleichstrom-Hintergrund heraus, der durch das Umgebungslicht erzeugt wird. Während eines jeden Aus-Zyklus kann außerdem das passive Licht kalibriert werden, was es dem System gestattet, sich auf veränderliche Umgebungslichtmuster einzustellen.
In noch einer weiteren Ausführungsform können die X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquelle 16 bzw. 18 intermittierend zyklisch ein- und ausgeschaltet werden. Während der alternierenden Zyklen ist die X-Achsen-Quelle 16 eingeschaltet, wenn die Y-Achsen-Quelle 18 ausgeschaltet ist, und umgekehrt. Diese Anordnung benötigt weniger Spitzenleistung, da nur eine Lichtquelle gleichzeitig eingeschaltet ist, während sie immer noch die Subtraktionsfilterung während eines X- und Y-Ein/Aus-Zyklus gestattet.
Um den Stromverbrauch zu verringern, kann außerdem ein "Schlafmodus" für die X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquellen 16 und 18 verwendet werden. Wenn für eine vorbestimmte Zeitdauer keine Dateneingaben vorgenommen werden, kann die Intensität der X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquellen 16 und 18 herabgesetzt bzw. gedimmt werden. Die Rate, mit der Schatten-Unterbrechungen abgetastet werden, wird ebenfalls auf eine niedrigere Rate abgesenkt, beispielsweise 5-mal pro Sekunde. Wenn eine Schatten-Unterbrechung detektiert wird, werden die Intensität der X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquellen 16 und 18 und die Abtastrate auf einen normalen Betriebsmodus erhöht. Wenn nach einer vorbestimmten Zeitdauer keine Schatten-Unterbrechungen detektiert werden, werden die X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquellen 16 und 18 wiederum gedimmt und die Abtastrate verringert.
Das X-Achsen- und Y-Achsen-Array 20 bzw. 22 enthalten jeweils Substrat-Wellenleiterarrays und lichtempfindliche Elemente. Die lichtempfindlichen Elemente sind dazu konfiguriert, Lichtsignale in elektrische Signale umzuwandeln, die kennzeichnend für die Intensität des empfangenen Lichts sind. Insbesondere hat jedes Substrat eine Mehrzahl von Wellenleitern. Ein jeder Wellenleiter hat ein dem freien Raum zugewandtes Ende, welches sich dicht bei der Schicht 12 befindet, und ein Ausgabe-Ende, welches sich dicht bei einem lichtempfindlichen Element befindet. Die lichtempfindlichen Elemente sind jeweils entweder an dem Ausgabe-Ende der Wellenleiter befestigt oder an diesem angrenzend angeordnet. Für eine detaillierte Erläuterung der Verwendung und Herstellung von Wellenleitern wird auf das US Patent Nr. 5,914,709 von David Graham et al. verwiesen, des Erfinders der vorliegenden Anmeldung, welches durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird. Die lichtempfindlichen Elemente können unter Verwendung einer Reihe von bekannten Arten implementiert werden, beispielsweise unter Verwendung von ladungsgekoppelten Vorrichtungen (charge-coupled devices, CCD) oder CMOS/Photodioden-Arrays. Jeder der Typen von Abbildungselementen kann in vielfältigen Formen implementiert werden, zum Beispiel auf einer speziell vorgesehenen integrierten Schaltung, wie beispielsweise einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (application specific integrated circuit), einer programmierbaren Schaltung oder irgendeiner anderen Art von integrierter oder diskreter Schaltung, die lichtempfindliche Bereiche oder Komponenten enthält. Wiederum sind zusätzliche Details bezüglich der verschiedenen Arten von lichtempfindlichen Elementen, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, in dem zuvor genannten Patent diskutiert. Unabhängig vom Typ der verwendeten lichtempfindlichen Elemente werden die elektrischen Ausgabesignale, welche kennzeichnend für die Intensität des empfangenen Lichtes entlang der X- und Y-Koordinaten sind, dem Prozessor 24 zur Verfügung gestellt. Der Prozessor 24 bestimmt den Ort jeglicher Schatten in der Schicht, die durch eine Unterbrechung in der Schicht 12 während eines Eingabevorgangs hervorgerufen werden, basierend auf den elektrischen Signalen.
2 und 3 zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer optischen Transmissionsstruktur 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die optische Transmissionsstruktur 100 umfaßt einen Wellenleiter 102 und eine optische Linse 104. Die optische Transmissionsstruktur 100 ist auf einer Boden-Verkleidungsschicht 120, einer sogenannten "Cladding"-Schicht ausgebildet, die auf einer Tragestruktur 106 ausgebildet ist. Eine obere Cladding-Schicht 122 bedeckt die obere Fläche des Wellenleiters 102. Die gestrichelten Richtungslinien der 2 und 3 illustrieren allgemein den Weg der Lichtstrahlen, die die optische Struktur 100 durchlaufen. Die Richtungspfeile zeigen die Lichtstrahlen an, die aus der optischen Struktur 100 heraus übertragen werden, aber man beachte, daß die Lichtstrahlen auch in der optischen Struktur 100 entlang der im wesentlichen selben Wege, wie sie durch die gestrichelten Linien gezeigt sind, empfangen werden können.
Der Wellenleiter 102 und die optische Linse 104 können aus einem jeden geeigneten Material zur Übertragung von Licht oder Lichtsignalen durch ihr Medium gebildet sein, wie beispielsweise einem polymerbasierten Material, optischem Kunststoff und Epoxidharz. Der Wellenleiter 102 und die optische Linse 104 können integral miteinander ausgebildet sein, separat ausgebildet sein und danach aneinander befestigt sein oder sogar an einander nahe benachbarten Orten ausgebildet sein. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, sind der Wellenleiter 102 und das Element 104 integral miteinander ausgebildet. Die integral ausgebildeten Wellenleiter 102 und optische Linse 104 lassen sich leichter herstellen, da Ausrichtungsprobleme zwischen den zwei Komponenten umgangen werden. Typischerweise sind der Wellenleiter 102 und die optische Linse 104 aus demselben Material gebildet. Jedoch können in manchen Ausführungsformen, in denen der Wellenleiter 102 und die optische Linse 104 separat ausgebildet werden, diese zwei Komponenten auch aus verschiedenen Materialien bestehen.
Die obere Cladding-Schicht 122 und die Boden-Cladding-Schicht 120 dienen dazu, die optischen Transmissionseigenschaften des Wellenleiters 102 zu verbessern. Die obere Cladding-Schicht 122 und die Boden-Cladding-Schicht 120 sind so ausgewählt, daß sie Brechungsindizes aufweisen, die diejenigen des Wellenleiters 102 ergänzen bzw. komplementieren. Die Cladding-Schichten dienen außerdem dazu, den Wellenleiter 102 zu schützen, der aus einem zerbrechlichen Material bestehen kann. Die obere Cladding-Schicht 122 bedeckt den Wellenleiter 102 in 3. Jedoch bedeckt in alternativen Ausführungsformen die obere Cladding-Schicht 122 ebenfalls die rückwärtige Fläche bzw. Rückseite 110 der optischen Linse 104. Die obere Cladding-Schicht 122 sollte nicht die Flächen der optischen Linse 104 bedecken, durch die die Lichtstrahlen ein- und auslaufen. In manchen Ausführungsformen wird keine obere Cladding-Schicht auf die Oberfläche des Wellenleiters 102 aufgebracht. In diesen Ausführungsformen wird der Wellenleiter 102 ohne physischen Schutz gelassen, und die Umgebungsluft wirkt als Cladding-Schicht. Der Brechungsindex von Luft kann oft optimal für Lichtübertragungszwecke sein. Man beachte, daß die obere Cladding-Schicht 122 in 2 nicht gezeigt ist, um die Struktur des Wellenleiters 102 klarer darzustellen.
Die Boden-Cladding-Schicht 120 erstreckt sich unterhalb des Wellenleiters 102 und der optischen Linse 104. In manchen Ausführungsformen wird die Boden-Cladding-Schicht 120 nicht verwendet, da das Tragesubstrat 106 als eine Cladding-Schicht wirken kann. In diesen Aus führungsformen sollte das Tragesubstrat 106 auf geeignete Weise nach seinem Brechungsindex ausgewählt sein.
Der Wellenleiter 102 ist eine längliche Struktur zum Übertragen von Licht zwischen zwei Punkten. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Ende des Wellenleiters 102 mit einer optischen Linse 104 verbunden, und das gegenüberliegende Ende ist mit einer Lichtquelle oder einer Lichtdetektionsvorrichtung verbunden. Die Licht-Transmissionskapazität des Wellenleiters 102 kann eingestellt werden, indem die Abmessungen des Wellenleiters 102 eingestellt werden. Beispielsweise kann der Durchmesser oder die Breite und Höhe des Wellenleiters 102 auf geeignete Weise bemessen sein. Die Höhe oder Dicke H_W des Wellenleiters 102 ist in 3 zu sehen, und die Breite W_W des Wellenleiters 102 ist in 2 zu sehen. Die Querschnittsform des Wellenleiters 102 kann rechteckig oder abgerundet sein.
Die optische Linse 104 hat eine Höhe oder Dicke H_L die größer als H_W ist. Die optische Linse 104 steigt in ihrer Höhe von ihrer Schnittstelle mit dem Wellenleiter 102 zum Scheitelpunkt 108 mit der Höhe H_L der optischen Linse 104 an. Die Rückseite 110 definiert die Form der optischen Linse 104 zwischen dem Wellenleiter 102 und dem Scheitel 108. In dieser Ausführungsform hat die Rückseite 110 eine im wesentlichen ebene Oberfläche. Die Höhe der optischen Linse 104 gestattet es, daß eine Vorderseite bzw. -fläche der optischen Linse 104 eine Krümmung aufweist, die entweder in zwei oder drei Dimensionen definiert ist. Eine zweidimensionale Krümmung der optischen Linse 104 ist eine Kurve mit einem Umriß, der innerhalb einer einzigen Ebene definiert ist, beispielsweise in der X-Y-, X-Z- oder Y-Z-Ebene. Mit anderen Worten ist die Kurve in zwei Dimensionen definiert. Eine dreidimensionale Krümmung ist in drei Dimensionen definiert. Beispielsweise hätte eine solche Kurve eine Umrißform, die innerhalb einer jeden von zwei Ebenen, wie beispielsweise der X-Y- und der X-Z-Ebene definiert ist. Wie noch beschrieben wird, hat die optische Linse 104 von 2 und 3 eine dreidimensionale Krümmung, bei der die Krümmung eine Umrißform aufweist, die in der X-Y- und X-Z-Ebene definiert ist.
Die Vorderfläche der optischen Linse 104 fällt vom Scheitel 108 zum vorderen Rand der Linse 104 ab, welcher eine Schnittstelle oder Grenze mit dem Tragesubstrat 106 bildet. Diese Neigung bzw. Steigung ist in der Seitenansicht der optischen Struktur 100 von 3 zu sehen. 3 zeigt außerdem die Querschnittsansicht der optischen Struktur 100 in der X-Z-Ebene. Die geneigte Fläche ist gekrümmt und bildet die In-der-Ebene- Kollimationslinsenkurve 112. Die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 wird durch die Vorderfläche der optischen Linse 104 gebildet und kollimiert austretende Lichtstrahlen so, daß sie im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Tragesubstrats 106 sind. Die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 richtet die Lichtstrahlen über das Tragesubstrat anstatt zu gestatten, daß einige der Lichtstrahlen von dem Tragesubstrat 106 fortschießen.
Der Umriß der In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 ist in einer Ebene definiert, die senkrecht zur Oberfläche des Tragesubstrates 106 ist und die mit der Richtung ausgerichtet ist, in der sich ein bestimmter Lichtstrahl ausbreitet. Somit ist die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 in der Seitenansicht von 3 zu sehen, die außerdem die X-Y-Ebene repräsentiert. 3 zeigt die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 für Lichtstrahlen, die sich entlang der Längsachse 116 des Wellenleiters 102 ausbreiten, wie in der Draufsicht von 2 zu sehen ist. Die Krümmung der In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 hängt von der Höhe der optischen Linse 104 und dem Abstand zwischen der Vorderfläche der optischen Linse 104 und dem Wellenleiter 102 ab. Die Krümmung der In-der-Ebene-Kollimationslinse hängt außerdem von anderen Faktoren ab, wie beispielsweise dem Wesen der Lichtstrahlen und dem Brechungsindex des Linsenmaterials und der Umgebung. Im Hinblick auf das Dateneingabesystem 10 von 1 ermöglicht die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 der optischen Linse 104, daß die Eingabelichtquellen 16 und 18 eine Lichtschicht 12 auf effizientere Weise bilden, da ein geringerer Lichtverlust auftritt. Dies verringert auf vorteilhafte Weise den Leistungsbedarf, der zum Ausbilden der Lichtschicht 12 benötigt wird. Ohne die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 würden die Lichtstrahlen aus der optischen Struktur 100 gebeugt, und ein Teil der Lichtstrahlen würde von der Tragefläche 106 fort gerichtet werden. Um dieselben Funktionen wie die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 herzustellen, müßte eine zusätzliche optische Linse vor der optischen Linse 104 angeordnet werden. Dies wäre ein komplizierter herzustellendes optisches System hinsichtlich Zeit, Aufwand und Material. Beispielsweise wäre der Prozeß des Ausrichtens der zusätzlichen Linse mit der optischen Linse 104 zeitaufwendig, und er wäre Ausrichtungsfehlern stark ausgesetzt.
Man beachte, daß die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 eine Kurve aufweist, die einen Abschnitt eines hemisphärischen Bogens bildet. Daher kann man sagen, daß die optische Linse 104 eine Hälfte einer vollständigen Linse bildet, wobei die fehlende Hälfte das Spiegelbild der optischen Linse 104 entlang der X-Achse wäre. Wie unten beschrieben wird, kann die Form der optischen Linse 104 leichter hergestellt werden, als wenn die optische Lin se 104 eine vollständige Linsenform hätte. Außerdem gestattet die "Halblinsenform" der optischen Linse 104 eine einfachere Integration und Ausrichtung mit dem Wellenleiter 102. Insbesondere macht die "Halblinsenform" der optischen Linse 104 einen photolithographischen Herstellungsprozeß ideal für die Herstellung der optischen Struktur 100.
Die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112, wie sie in der Seitenansicht von 3 zu sehen ist, ist unabhängig von der Richtungs-Kollimationslinsenkurve, die in der Draufsicht von 2 zu sehen ist. Man beachte, daß die 2 eine Ansicht der optischen Struktur 100 in der X-Y-Ebene zeigt. Die Umrißform der Richtungs-Kollimationslinsenkurve 114 ist in einer Ebene definiert, die koplanar mit der Oberfläche des Tragesubstrats 106 ist. Die Richtungs-Kollimationslinsenkurve 114 kollimiert die austretenden Lichtstrahlen, so daß sie sich parallel zueinander und in einer einzigen Richtung ausbreiten. Im wesentlichen gestattet die Richtungs-Kollimationslinsenkurve 114, daß die optische Linse 104 einen gleichförmigen Lichtstrahl erzeugt. Im Hinblick auf das Dateneingabesystem 10 von 1 gestattet die Richtungs-Kollimationslinsenkurve 114, daß eine jede optische Struktur 100 einen gleichförmigen Lichtstrahl bildet, der sich über den Anzeigeschirm 14 hinweg ausbreitet.
Die optische Linse 104 ist so geformt, daß sie die Ausbreitung von Lichtstrahlen zwischen der vorderen Linsenfläche 112 und dem Wellenleiter 102 gestattet. Um zu gestatten, daß die maximale Lichtmenge aus dem Wellenleiter 102 von der vorderen Linsenfläche 112 kollimiert wird, sollte die Rückseite 110 einen Winkel von mindestens sin^–1
haben. Solch ein Winkel wird als der kritische Winkel 118 der optischen Linse 104 bezeichnet. Man beachte, daß n₁ der Brechungsindex des Wellenleiters 102 ist, n₂ der Brechungsindex der oberen Cladding-Schicht 120 oder Boden-Cladding-Schicht 122 ist, je nachdem, welcher größer ist, und n₃ der Brechungsindex der optischen Linse 104 ist. Man beachte, daß, wenn die optische Linse 104 und der Wellenleiter 102 aus denselben Materialien bestehen, n₁ und n₃ denselben Wert haben würden. Man beachte, daß die maximale Menge von Licht, die durch die vordere Linsenfläche 112 kollimiert werden kann, inhärent aufgrund der Form der optischen Linse 104 begrenzt ist. Da die optische Linse 104 eine Teil-Linsenform hat, wobei eine vollständige Linse eine Form hätte, die dem Spiegelbild der optischen Linse 104 entlang der X-Achse entspräche, geht ungefähr die Hälfte des vom Lichtleiter 102 übertragenen Lichtes verloren. Somit hat die optische Struktur 100 einen Lichtverlust von ungefähr 3 dB. In manchen Ausführungsformen ist es angemessen, etwas mehr Lichtverlust zu opfern, indem erlaubt wird, daß die Rückseite 110 einen geringeren Winkel als den kritischen Winkel aufweist, um eine optische Linse mit einem geringeren Wert H_L zu erhalten. In einer alternativen Ausführungsform kann sich die Rückseite 110 der optischen Linse 104 über eine ebene Fläche erheben, die durch den kritischen Winkel 118 definiert ist (siehe 4 und 5). Solch eine Ausführungsform ist ebenfalls effektiv, da das Material oberhalb des kritischen Winkels 118 keinen Einfluß auf die Lichtstrahlen hat, die durch den Rest der optischen Linse 104 verlaufen.
Wie in der Draufsicht von 2 zu sehen ist, hat die optische Linse 104 eine Kegelform, bei der die Breite W_L der optischen Linse 104 mit zunehmendem Abstand vom Wellenleiter 102 ansteigt. Die Kegelform der optischen Linse 104 gestattet es den Lichtstrahlen aus dem Wellenleiter 102, sich durch die optische Linse 104 aufzuweiten, bis sie durch die Richtungs-Linsenkurve 114 in einen gleichförmigen Strahl kollimiert werden. Die kegelartigen Proportionen der optischen Linse 104 hängen von den optischen Leistungsanforderungen einer jeden optischen Struktur 100 ab.
In alternativen Ausführungsformen kann die optische Linse 104 verschiedene Formen und Größen aufweisen. Beispielsweise muß die optische Linse 104 in einer Draufsicht wie derjenigen von 2 nicht unbedingt eine Kegelform haben. Außerdem könnte die optische Linse 104 in der Draufsicht von 2 in Situationen, in denen die Lichtstrahlen nicht als gleichförmiger Lichtstrahl emittiert zu werden brauchen, in einer Draufsicht wie derjenigen von 2 eine ebene Vorderfläche haben. In einer Ausführungsform kann die optische Linse 104 eine Höhe H_L im Bereich von 50 bis 200 μm und eine Länge im Bereich von ungefähr 0,8 bis 1,2 mm aufweisen. Manchmal ist die Größe der optischen Linse 104 durch die Größe des Systems beschränkt, in welchem sie verwendet wird, beispielsweise eines Anzeigeschirms, wie er in 1 gezeigt ist. Spezifische Größen der optischen Linse 104 werden außerdem durch relative Brechungsindizes der optischen Struktur 100 und der Umgebung bestimmt. Beispielsweise ist die Art des Claddings, welches die optische Struktur 100 umgibt, ebenfalls bestimmend für die Abmessungen der optischen Linse 104.
Die Tragestruktur 106 kann eine jegliche Fläche sein, über die hinweg die Lichtstrahlen gerichtet werden sollen, beispielsweise ein Anzeigeschirm 14, wie er in 1 gezeigt ist. Alternativ kann die Tragestruktur 106 auch eine Struktur sein, die von einem Anzeigeschirm separat ist. Beispielsweise kann die Tragestruktur eine separate Montagefläche sein, die eine jede optische Struktur 100 trägt, die dann in der Nähe einer Arbeitsfläche, wie beispielsweise eines Anzeigeschirms angeordnet wird. In diesen anderen Ausführungsformen kann die Tragestruk tur eine Schicht aus Kunststoff, Epoxidharz oder einem Polymer sein. Die Tragestruktur 106 kann außerdem eine Cladding-Schicht sein, die dazu bestimmt ist, den Wellenleiter 102 vor physischer Beschädigung zu schützen und den optischen Transmissionswirkungsgrad des Wellenleiters 102 zu erhöhen.
In einer Ausführungsform werden viele optische Strukturen 100 in einer Reihe ausgebildet, so daß viele Lichtstrahlen über eine Arbeitsfläche hinweg gerichtet werden, wie beispielsweise über einen Anzeigeschirm 14 von 1. Gleichzeitig ist eine weitere Reihe optischer Strukturen 100 ausgebildet, um einen jeden Lichtstrahl zu empfangen. Zwei Sätze solcher optischen Strukturen können dann so ausgebildet werden, daß Lichtstrahlen den Anzeigeschirm 14 entlang zweier Achsen, wie beispielsweise einer X- und einer Y-Achse, überqueren.
4 und 5 zeigen eine Draufsicht bzw. Seitenansicht einer optischen Transmissionsstruktur 200 gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die optische Transmissionsstruktur 200 umfaßt einen Wellenleiter 202 und eine optische Linse 204. Die optische Transmissionsstruktur 200 ist auf einer Tragestruktur 206 ausgebildet. Die gestrichelten Richtungslinien von 4 und 5 zeigen allgemein den Weg der Lichtstrahlen, die die optische Struktur 200 durchlaufen. Die Richtungspfeile zeigen die Lichtstrahlen, wie sie aus der optischen Struktur 100 übertragen bzw. gesendet werden, jedoch versteht es sich, daß die Lichtstrahlen auch in der optischen Struktur 200 entlang der im wesentlichen selben Wege, die durch die gestrichelten Linien gezeigt sind, empfangen werden können.
Man beachte, daß keine obere Cladding-Schicht auf der Oberseite des Wellenleiters 202 und der optischen Linse 204 aufgebracht ist. Man beachte außerdem, daß keine Boden-Cladding-Schicht die optische Struktur 200 trägt. Jedoch kann das Tragesubstrat 206 als Boden-Cladding-Layer dienen, indem das Material des Tragesubstrats 206 so ausgewählt ist, daß es einen geeigneten Brechungsindex hat.
Wie unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben wurde, hat die optische Linse 204 ebenfalls eine In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 212, die in 5 zu sehen ist, und eine Richtungs-Linsenkurve 214, die in 4 zu sehen ist. Wie jedoch in 5 zu sehen ist, hat die optische Linse 204 eine Rückseite 210, die sich über den kritischen Winkel 118, wie er in 3 gezeigt ist, hinaus erstreckt. Die Rückseite 210 hat eine Höhe H_L, die im wesentlichen gleichförmig ist, bis sie rasch abfällt, um sich mit dem Wellenleiter 202 zu vereinigen. Wie außerdem in der Draufsicht auf 4 zu sehen ist, hat die optische Linse 204 einen ausgedehnten Abschnitt 208 mit einer gleichförmigen Breite W_L. In manchen Situationen können die speziellen Abmessungen und Proportionen der optischen Linse 104 einfach hergestellt werden und leichter mit einem weiteren System integriert werden.
6 zeigt ein Flußdiagramm 300, welches ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Struktur gemäß einer Implementierung der Erfindung beschreibt. In manchen Ausführungsformen hat die hergestellte optische Struktur eine Linsenfläche mit einer Krümmung, die in drei Dimensionen definiert ist. 7 und 8 werden außerdem gemeinsam mit 6 beschrieben, um die Abläufe des Flußdiagramms 300 vollständiger darzustellen. 7 und 8 zeigen eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Schicht aus einem Photopolymer-Material 400, welches auf ein Tragesubstrat 402 aufgebracht wurde, wobei die Photopolymer-Materialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bearbeitet wird.
Im allgemeinen beschreibt das Flußdiagramm 300 die Herstellung einer optischen Struktur durch die Verwendung von Photopolymeren, Grauwertmasken und photolithographischen Methoden. Man beachte jedoch, daß es andere Techniken und Methoden zum Herstellen der optischen Struktur der vorliegenden Erfindung gibt. Beispielsweise können Mikroform-Techniken verwendet werden, um die Linsenstrukturen in erwünschten Größen und Maßstäben herzustellen. Außerdem können die Linsenstrukturen aus Glas, Kunststoff, Keramik und anderen Materialien hergestellt werden, unter Verwendung dreidimensionaler Grauwert-Photoresiststrukturen, dreidimensionaler Resiststrukturen, die durch "Reflow"-Techniken gefolgt von einem industriellen Trockenätzprozeß, welcher reaktives Ionenätzen umfaßt, hergestellt werden, Ionenfräsen und anderer plasmabasierter Kombinationen und Verfahren.
Photopolymere sind Abbildungszusammensetzungen, die auf Polymeren, Oligomeren oder Monomeren basieren, die durch Aussetzen gegenüber Lichtstrahlung, wie beispielsweise Ultraviolettlicht, selektiv polymerisiert und/oder vernetzt werden können. Photopolymere werden industriell wirksam als musterbare oder strukturierbare Systeme eingesetzt, bei denen lichtinduzierte chemische Reaktionen in der Polymerchemie zu einer differentiellen Veränderung in der Löslichkeit zwischen Bereichen führen, die Licht ausgesetzt sind und Bereichen, die Licht nicht ausgesetzt (maskiert) sind. Photopolymere können in verschiedene Formen gemacht werden, darunter Film-/Schicht-Form, flüssige Form, Lösung etc., die in Druckplatten als Photoresists und in der Stereolithographie und Abbildung verwendet werden können.
Eine herkömmliche Verwendung von Photopolymeren besteht in der Ausbildung von Druckplatten, bei der eine Photopolymerplatte einem Lichtmuster ausgesetzt wird, um eine Druckplatte zu erzeugen. Die Platte wird dann für Tintendruck verwendet. Photopolymere werden in der Elektronik und Mikrogeräteindustrie als Photoresists verwendet, die verwendet werden, um komplizierte Muster in mikroskopischen Schaltungen auf Halbleiterchips, Platinen und anderen Produkten zu erzeugen. Photopolymere werden außerdem als Ultraviolett-Haftmittel verwendet, die zum Befestigen von optischen Fasern oder für andere industrielle Anwendungen verwendet werden.
Photopolymermaterialien können Licht ausgesetzt werden, welches durch eine gemusterte Maske geschickt wird. Solche gemusterten Masken können Grauwertmasken sein. Grauwertmasken haben ein entworfenes Muster, welches zusätzlich dazu, daß es den Durchgang von Licht in einem erwünschten Muster gestattet, außerdem gestattet, daß das Licht die Maske mit variierenden Intensitäten durchdringt. Grauwertmasken können es daher ermöglichen, daß eine Photopolymerschicht einem Lichtmuster ausgesetzt wird, das variierende Lichtintensitäten aufweist. Auf diese Weise können Abschnitte einer Photopolymerschicht in Abhängigkeit von dem Grad der empfangenen Lichtintensität entfernt werden. Dies bedeutet, daß die Tiefe der Entfernung des Photopolymermaterials gesteuert werden kann. Beispielsweise kann das Photopolymermaterial von einem gesamten Abschnitt oder von einem Teil des Photopolymermaterials entfernt werden, um eine verbleibende Schicht übrigzulassen, die eine variierende Dicke hat. Photopolymere können daher in spezifische Strukturen mit vorbestimmten Abmessungen in drei Dimensionen geformt werden. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung können auch Masken verwendet werden, die erlauben, daß Licht entweder vollständig durchtritt oder vollständig geblockt wird.
Das Flußdiagramm 300 von 6 beginnt bei Block 302, in dem eine Schicht von Photopolymermaterial 400 auf die Oberfläche eines Tragesubstrats 402 aufgebracht wird. Man beachte, daß die bei der Beschreibung des Flußdiagramms 300 erwähnten Bezugszeichen die Bezugszeichen reflektieren, die in 6, 7 und 8 gezeigt sind. Die Schicht des Photopolymermaterials 400 hat typischerweise eine relativ gleichförmige Dicke. Da manche Ausführungsformen des Herstellungsprozesses 300 verwendet werden, um die optische Struktur herzustellen, wie sie in 2 bis 5 zu sehen ist, sollte die Photopolymerschicht 400 eine Dicke haben, die wenigstens gleich der Höhe H_L der optischen Linse ist. Das Photopolymermaterial sollte eine Beschaffenheit haben, daß es Licht effizient transmittiert. Beispielsweise kann das Pho topolymermaterial von einer sehr klaren Beschaffenheit sein. Das Photopolymermaterial kann für Photolithographiezwecke einen positiven oder negativen Ton („positive/negative Tone") aufweisen.
Das Tragesubstrat 402 hat eine Oberfläche, auf der die Photopolymermaterialschicht 400 aufgebracht wird. Das Tragesubstrat 402 wird typischerweise ein Substrat sein, welches in einem Photolithographiesystem befestigt werden kann, so daß die Schicht des Photopolymermaterials 400 bearbeitet werden kann. Das Tragesubstrat 402 kann aus Materialien gebildet sein, wie beispielsweise, ohne auf diese beschränkt zu sein, Kunststoff, Polymere, Keramiken, Halbleiter, Metalle und Glas. Das Tragesubstrat 402 kann außerdem eine Cladding-Schicht bilden, die dazu gedacht ist, einen Wellenleiter zu umgeben, welcher aus dem Photopolymermaterial gebildet werden wird. Solch eine Cladding-Schicht schützt Strukturen, die aus der Photopolymerschicht 400 gebildet werden, und ihr inhärenter Brechungsindex erleichtert die Transmission von Licht durch das Photopolymermaterial. Am Ende des Herstellungsprozesses können die Tragestruktur 402 und die aus der Photopolymermaterialschicht 400 gebildeten Strukturen transportiert werden und dann an einer Vorrichtung befestigt werden, wie beispielsweise einer optischen Eingabevorrichtung 10, wie sie in 1 gezeigt ist.
In einer alternativen Ausführungsform wird eine Boden-Cladding-Schicht auf dem Tragesubstrat 402 aufgebracht, woraufhin die Photopolymermaterialschicht 400 dann auf der Boden-Cladding-Schicht aufgebracht wird. In der in den 6 bis 8 gezeigten und beschriebenen Ausführungsform kann, in Abhängigkeit von der Materialauswahl, das Tragesubstrat 402 als Boden-Cladding-Schicht dienen. eine Boden-Cladding-Schicht kann auch durch photolithographische Methoden auf der Oberfläche des Tragesubstrats 206 aufgebracht werden.
Bei Block 304 wird die Schicht aus Photopolymermaterial 400 einem Lichtmuster ausgesetzt, welches mit einer gemusterten Grauwertmaske 404 erzeugt wird. Dies wird bewerkstelligt, indem mit einer Lichtquelle durch die gemusterte Grauwertmaske 404 geleuchtet wird, oder indem Licht daran gehindert wird, diese Maske zu durchdringen. Die Grauwertmaske 404 ist zum Erzeugen eines Wellenleiters und einer optischen Linse innerhalb der Photopolymermaterialschicht 400 gemustert. Der Wellenleiter und die optische Linse können integral ausgebildet sein, wie in 2 bis 5 gezeigt ist. Unter Verwendung derselben Bezugszeichen wie in 2 und 3 repräsentieren der querschraffierte Bereich in 7 und 8 den Wellenleiter 102 und die optische Linse 104, die innerhalb der Photopolymermaterialschicht 400 ausgebildet werden. Mit anderen Worten repräsentiert der querschraffierte Bereich den Abschnitt der Photopolymerschicht 400, der übrigbleiben wird, nachdem der Photolithographieprozeß beendet wurde. Die Draufsicht von 7 zeigt, daß die Grauwertmaske 404 es gestattet, den Bereich der Photopolymermaterialschicht 400 außerhalb des Wellenleiters 102 und der optischen Linse 104 zu belichten, und schützt andersherum das Photopolymermaterial 400, welches den Wellenleiter 102 und die optische Linse 104 bilden wird, vor der Belichtung.
Licht, welches durch die Graustufenmaske 404 scheint, ist in 8 durch gerichtete gestrichelte Linien repräsentiert. Die Grauwerteigenschaft der Maske 404 gestattet den Durchgang von Licht mit variierenden Intensitäten, und gestattet daher, daß das Licht die Photopolymermaterialschicht 400 bis zu variierenden Tiefen durchdringt. Der Endpunkt einer jeden der Linien 406 repräsentiert die Tiefe, bis zu der ein jeder Lichtstrahl die Photopolymermaterialschicht 400 durchdringt. Die Materialzusammensetzung der Photopolymerschicht 400 wird durch die Belichtung nur bezüglich der Tiefe der Lichtpenetration und der daraus resultierenden chemischen Veränderungen im Photopolymersystem, die durch diesen Belichtungsgradienten hervorgerufen werden, geändert. Der Belichtungsgradient bezieht sich auf das Lichtmuster, welches durch die Grauwertmaske erzeugt wird, wobei die Lichtstrahlen, die die Maske passieren, variierende Intensitäten aufweisen. Auf diese Weise können dreidimensionale (oder mit Konturen versehene) Strukturen, wie beispielsweise die optische Linse 104, aus der Photopolymermaterialschicht gebildet werden. Insbesondere kann eine vordere Linsenfläche, die eine In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 hat, ausgebildet werden, wie in der Seitenansicht von 8 zu sehen ist. Wie oben beschrieben wurde, hat die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve einen Umriß, der innerhalb einer Ebene definiert ist, welche senkrecht zur Oberfläche der Tragestruktur 106 ist. Außerdem hat die vordere Linsenfläche eine Richtungs-Kollimationslinsenkurve 114, wie in der Draufsicht von 7 zu sehen ist. Wie oben beschrieben wurde, hat die Richtungs-Kollimationslinsenkurve einen Umriß, der innerhalb einer Ebene definiert ist, welche koplanar mit der Oberfläche der Tragestruktur 106 ist. Außerdem hat die optische Linse 104 eine Rückseite bzw. rückwärtige Fläche 110, die geneigt ist und sich von dem Wellenleiter 102 zum höchsten Punkt der optischen Linse 104 erstreckt. Die Grauwertmaske 404 kann so gemustert werden, daß die Rückseite 110 eine beliebige Form erhält, solange sie sich mindestens über den kritischen Winkel 118 von sin^–1
erstreckt, wobei n₁ der Brechungsindex des Wellenleiters 102 ist, n₂ der Brechungsindex des Tragesubstrats 402, der als Boden-Cladding-Schicht wirkt, und n₃ der Brechungsindex der optischen Linse 104 ist.
In alternativen Implementierungen von Block 304 kann die Photopolymermaterialschicht 400 verschiedenen Mustern von Licht durch die Grauwertmaske 404 ausgesetzt werden, um verschiedene Strukturen innerhalb der Photopolymermaterialschicht auszubilden. Beispielsweise können verschiedene dreidimensionale oder zweidimensionale Strukturen ausgebildet werden. Insbesondere könnte die optische Linse 104 eine Linsenfläche haben, die entweder eine In-der-Ebene-Kollimationskurve oder eine Richtungs-Kollimationskurve aufweist. Eine optische Linse 104, die nur eine Richtungs-Kollimationslinsenkurve 114 aufweist, kann eine Höhe haben, die gleich der Höhe des Wellenleiters 102 ist, so daß die optische Struktur eine ebene Oberfläche hat.
Der Wellenleiter 102 kann so ausgebildet sein, daß er eine rechteckige oder eine abgerundete Querschnittsform aufweist. In einer Ausführungsform kann der Wellenleiter 102 so ausgebildet sein, daß er eine rechteckige Querschnittsform mit einer Höhe und einer Breite von jeweils ungefähr 8 bis 10 μm hat. Die Abmessung in Längsrichtung des Wellenleiters 102 kann sich entlang eines geraden oder gekrümmten Weges erstrecken, um eine Verbindung mit einer Lichtquelle oder einem Lichtdetektor herzustellen.
Die Verwendung der Photopolymermaterialschicht 400 ist vorteilhaft, da die optische Linse 104 und der Wellenleiter 102 einfach integral miteinander ausgebildet werden können. Dies macht die mühsame Aufgabe des Ausrichtens eines Wellenleiters mit einer optischen Linse entbehrlich. Die Fähigkeit, eine optische Linse auszubilden, die eine In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 aufweist, vereinfacht außerdem den Herstellungsprozeß von gewissen optischen Strukturen, indem keine separate Linse benötigt wird, um die Funktion der In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve 112 zu übernehmen. Solch eine separate Linse würde einen zusätzlichen Aufwand für die Linse selbst und für deren Positionierung und Ausrichtung benötigen.
Identische optische Linsenstrukturen können in Photopolymeren unter Verwendung von Positiv-Ton-Masken mit einem optischen Negativ-Ton-Photopolymer erzeugt werden, oder durch Verwendung von Negativ-Ton-Masken mit einem optischen Positiv-Ton-Photopolymer. Positiv-Ton-Photopolymermaterialsysteme und Negativ-Ton-Photopolymermaterialsysteme können mit Grauwertmaskentechniken verwendet werden, um Belichtungsgradienten zu erzeugen, die nach Entwicklung in dreidimensionalen Polymerstrukturen resultieren. Wiederum bilden Strukturen, die durch das Photopolymermaterial gebildet werden, geplante Strukturen, wie beispielsweise die Wellenleiter und optischen Linsen.
In 7 und 8 kann der Abschnitt der Photopolymermaterialschicht 400, der belichtet ist, in einem nachfolgenden Entwicklungsprozeß entfernt werden – "Positiv-Ton". Die Länge einer jeden gestrichelten Linie 406 von 8 kann die Energievektoren repräsentieren, oder die Menge von Lichtenergie eines jeden Lichtstrahls, der auf die Photopolymermaterialschicht 400 scheint.
In alternativen Ausführungsformen, in denen die Photopolymermaterialschicht einen negativen Ton aufweist, bewirkt das Licht, daß sich das Photopolymermaterial in festere Strukturen vernetzt als diejenigen, die mit Positiv-Ton-Photopolymersystemen gebildet werden. Die unbelichteten Bereiche des Photopolymermaterials werden fortgewaschen. Während die Länge einer jeden gestrichelten Line 406 von 8 als proportional zur Lichtenergie eines jeden Lichtstrahls für eine Photopolymermaterialschicht mit positivem Ton betrachtet werden kann, ist die inverse Menge der Energie, welche durch eine jede gestrichelte Linie 406 repräsentiert wird, geeignet für eine Negativ-Ton-Photopolymermaterialschicht.
In manchen Implementierungen des Herstellungsprozesses 300 können mehrere optische Strukturen sowohl eines Wellenleiters 102 als auch einer optischen Linse 104 ausgebildet werden. Die mehreren optischen Strukturen können so ausgebildet werden, daß ein Array von Lichtstrahlen aus den optischen Linsen 104 herausgerichtet sind. Solch ein Array von Lichtstrahlen kann eine Lichtschicht 12 bilden, wie sie in 1 gezeigt ist.
In Block 306 wird mit einer Entwicklerlösung über die Photopolymermaterialschicht 400 gewaschen, um die Photopolymermaterialschicht 400 zu entwickeln. Die Entwicklerlösung kann ein organisches Lösungsmittel oder eine wäßrige Lösung sein. Beispielhafte Entwicklerlösungen umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, Methyl-Iso-Butyl-Keton(MIBK), Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxid(TMAH) und Kaliumhydroxid (KOH). Es ist auch eine trockene Entwicklung unter Verwendung einer plasmabasierten Bearbeitung möglich. Die Entwicklerlösung entfernt belichtete Bereiche mit anderen Raten als Bereiche, die nicht belichtet wurden (eine differentielle Löslichkeit wird durch lichtinduzierte chemische Reaktionen in den Photopolymeren induziert), was zu nützlichen Mustern führt, die dem Entwicklungsprozeß folgen. Die Abschnitte des Photopolymermaterials 400, die nicht belichtet wurden, bleiben intakt und bilden die erwünschte Struktur, wie beispielsweise den Wellenleiter 102 und die optische Linse 104.
In Block 308 wird eine weitere wäßrige Lösung, beispielsweise ein organisches Lösungsmittel, verwendet, um die Entwicklerlösung und die gelösten Teile der Photopolymermaterialschicht 400 fortzuspülen.
Dann wird in Block 310 die verbleibende optische Struktur, die aus der Photopolymermaterialschicht 400 und dem Tragesubstrat 402 gebildet ist, einem Trocknungsprozeß unterzogen. In diesem Prozeß wird die wäßrige Spüllösung getrocknet. Der Trocknungsvorgang von Block 310 kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden, beispielsweise durch Wärme, Schleudern und/oder mit Hilfe eines Luftgebläses.
Das Tragesubstrat 402 und die Photopolymermaterialschicht 400 können mit einer Größe und Form ausgebildet werden, die in ein Photolithographiesystem passen, wie beispielsweise eines, welches für Halbleiterherstellung geeignet ist. In einer Ausführung kann das Tragesubstrat 402 und die Photopolymermaterialschicht 400 auf einem Wafer ausgebildet sein, wie beispielsweise einem Halbleiterwafer, der in einem Photolithographiesystem plaziert werden kann.
Bei manchen Implementierungen des Verfahrens 300 kann eine Cladding-Schicht oben auf den Wellenleiter 102 und die optische Linse 104 aufgebracht werden.
Während diese Erfindung anhand von mehreren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, gibt es Änderungen, Vertauschungen oder Äquivalente, die in den Rahmen der Erfindung fallen. Man beachte, daß es außerdem viele alternative Arten der Implementierung der Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung gibt. Es ist daher beabsichtigt, daß die folgenden anhängenden Ansprüche so interpretiert werden, daß sie alle solche Änderungen, Vertauschungen und Äquivalente umfassen, die in den wahren Geist und Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
ZUSAMMENFASSUNG
Optische Transmissionsstrukturen umfassen einen Wellenleiter und eine optische Linse, wobei die optische Linse eine ausreichend große Dicke hat, um die Ausbildung einer gekrümmten vorderen Linsenfläche zu gestatten, die transmittierte Lichtstrahlen so kollimiert, daß sie sich in einer Ebene ausbreiten, die koplanar zu einer Arbeitsfläche ist. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Methode zur Herstellung der optischen Transmissionsstruktur, die die Verwendung eines Photopolymermaterials beinhaltet. Die optische Transmissionsstruktur kann in verschiedenen Systemen, wie beispielsweise einem System für optische Dateneingabe, verwendet werden.

Claims

Vorrichtung, die folgendes umfaßt: ein Tragesubstrat mit einer Oberfläche; einen Wellenleiter, der zur Transmission von Licht geeignet ist, wobei der Wellenleiter auf der Oberfläche des Tragesubstrats ausgebildet ist und eine Dicke hat, die sich in orthogonaler Richtung von der Oberfläche des Tragesubstrats aus bemißt; und eine optische Linse, die integral mit dem Wellenleiter ausgebildet ist, wobei die optische Linse eine maximale Linsendicke aufweist, die größer als die Wellenleiterdicke ist, wobei die von dem Wellenleiter transmittierten Lichtstrahlen durch die optische Linse so kollimiert werden, daß die Lichtstrahlen aus der optischen Linse in einer Ebene emittiert werden, die im wesentlichen koplanar zur Oberfläche des Tragesubstrats ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die optische Linse eine Vorderfläche aufweist, durch die Lichtstrahlen transmittiert und/oder empfangen werden, wobei die Vorderfläche mindestens eine In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve aufweist, die einen Umriß hat, der in einer Ebene definiert ist, die senkrecht zur Oberfläche des Tragesubstrats ist und mit der Richtung ausgerichtet ist, in der ein bestimmter Lichtstrahl sich ausbreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner folgendes umfaßt: mindestens eine Seitenfläche der optischen Linse, wobei die Seitenfläche und die In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve nach oben ansteigen und sich nur nach innen und in Richtung auf einen Scheitel der optischen Linse krümmen, wobei der Scheitel an einem Punkt maximaler Höhe der optischen Linse liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die optische Linse eine geneigte Rückseite hat, die einen ersten Rand hat, der an den Wellenleiter anschließt, und einen zweiten Rand, der sich zur Höhe einer maximalen Linsendicke der optischen Linse erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die geneigte Rückseite im wesentlichen eben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die optische Linse eine Breite hat, die zunimmt, je weiter sich die optische Linse von dem Wellenleiter fort erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Vorderfläche der optischen Linse eine Richtungs-Kollimationslinsenkurve aufweist, die einen Umriß hat, der in einer Ebene definiert ist, die im wesentlichen koplanar mit der Oberfläche des Tragesubstrats ist, wobei die Richtungs-Kollimationslinsenkurve die Lichtstrahlen so kollimiert, daß im wesentlichen alle Lichtstrahlen, die aus der optischen Linse emittiert werden, parallel zueinander sind und sich in eine einzige Richtung ausbreiten.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die optische Linse eine tränenförmige Umrißform auf der Oberfläche des Tragesubstrats bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Wellenleiter eine längliche Struktur ist, die mit einer Lichtquelle oder einem Lichtdetektor verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Tragesubstrat eine Boden-Cladding-Materialschicht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner folgendes umfaßt: eine Boden-Cladding-Materialschicht, die zwischen dem Tragesubstrat und sowohl dem Wellenleiter als auch der optischen Linse ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner folgendes umfaßt: eine obere Cladding-Materialschicht, die den Wellenleiter bedeckt.
Optische Vorrichtung, die folgendes umfaßt: ein Tragesubstrat mit einer Oberfläche; eine Boden-Cladding-Schicht, die über der Oberfläche des Tragesubstrats ausgebildet ist; einen Wellenleiter, der zur Transmission von Licht geeignet ist, wobei der Wellenleiter auf der Boden-Cladding-Schicht ausgebildet ist; und eine optische Linse mit einem ersten Ende, welches so mit dem Wellenleiter verbunden ist, daß Lichtstrahlen zwischen dem Wellenleiter und der optischen Linse übertragen werden können, wobei die optische Linse außerdem ein zweites Ende aufweist, welches eine vordere Linsenfläche bildet, wobei die optische Linse einen erhöhten Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende aufweist, wobei die optische Linse die Lichtstrahlen so kollimiert, daß die durch die vordere Linsenfläche transmittierten Lichtstrahlen sich parallel zur Oberfläche des Tragesubstrats ausbreiten.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner folgendes umfaßt: mindestens eine Seitenfläche der optischen Linse, wobei die Seitenfläche und die vordere Linsenfläche nach oben ansteigen und sich nur nach innen und in Richtung auf einen Scheitel der optischen Linse krümmen, wobei der Scheitel sich an einem Punkt maximaler Höhe der optischen Linse befindet.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Lichtstrahlen, die durch die vordere Linsenfläche der optischen Linse transmittiert werden, sich ebenfalls im wesentlichen innerhalb einer Ebene ausbreiten, die koplanar mit der Oberfläche des Tragesubstrats ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der erhöhte Bereich der optischen Linse eine Höhe hat, die höher als eine Höhe des Wellenleiters ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die vordere Linsenfläche gekrümmt ist und sich bis zum erhöhten Bereich der optischen Linse erstreckt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die optische Linse eine geneigte Rückseite hat, welche einen ersten Rand hat, der mit dem Wellenleiter verbunden ist, und einen zweiten Rand, der sich zum erhöhten Bereich der optischen Linse erstreckt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die optische Linse eine Breite hat, die sich erweitert, je weiter sich die optische Linse von dem Wellenleiter fort erstreckt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Vorderfläche der optischen Linse ebenfalls gekrümmt ist, um die Lichtstrahlen so zu kollimieren, daß im wesentlichen alle der Lichtstrahlen, die aus der optischen Linse emittiert werden, parallel zueinander sind und sich in einer einzigen Richtung ausbreiten.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner folgendes umfaßt: eine obere Cladding-Schicht, die den Wellenleiter bedeckt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der die geneigte Rückseite in einem Winkel geneigt ist, der mindestens gleich sin^–1
ist, wobei n₁ der Brechungsindex des Wellenleiters, n₂ der größere der Brechungsindizes der oberen Cladding-Schicht und der Boden-Cladding-Schicht ist, und n₃ der Brechungsindex der optischen Linse ist.
Optisches Dateneingabesystem, das folgendes umfaßt: ein Tragesubstrat mit einer Oberfläche; eine Boden-Cladding-Schicht, die auf der Oberfläche des Tragesubstrats ausgebildet ist; eine Schicht aus Licht, die über der Oberfläche des Tragesubstrats ausgebildet ist; eine Mehrzahl von optischen Strukturen, die jeweils aus einem Wellenleiter und einer optischen Linse gebildet sind, wobei ein jeder Wellenleiter zur Transmission von Licht geeignet ist, um die Lichtschicht zu bilden, wobei eine jede der optischen Strukturen auf der Boden-Cladding-Schicht ausgebildet ist, wobei eine jede der optischen Linsen ein erstes Ende hat, welches mit einem jeweiligen Wellenleiter verbunden ist, so daß Lichtstrahlen zwischen dem Wellenleiter und der optischen Linse übertragen werden können, wobei eine jede der optischen Linsen außerdem ein zweites Ende hat, welches eine vordere Linsenfläche bildet, wobei eine jede der optischen Linsen einen erhöhten Bereich zwischen ihrem jeweiligen ersten und zweiten Ende aufweist, wobei eine jede der optischen Linsen die Lichtstrahlen von einem jeweiligen Wellenleiter so kollimiert, daß die Lichtstrahlen, die durch die vordere Linsenfläche transmittiert werden, sich innerhalb einer Ebene ausbreiten, die im wesentlichen koplanar zur Oberfläche des Tragesubstrats ist; und eine optische Positionsdetektionsvorrichtung, die optisch mit einem jeden der Wellenleiter gekoppelt ist und konfiguriert ist, um Dateneingaben in das Eingabesystem zu detektieren, indem der Ort von Unterbrechungen in der Schicht erfaßt werden, die hervorgerufen werden, wenn Daten in das Eingabesystem eingegeben werden.
System nach Anspruch 23, bei dem Lichtstrahlen, die von einer jeden optischen Struktur aus einem ersten Satz von optischen Strukturen transmittiert werden, sich im wesentlichen entlang einer ersten Achse ausbreiten und von jeweiligen optischen Strukturen eines zweiten Satzes von optischen Strukturen empfangen werden.
System nach Anspruch 24, bei dem Lichtstrahlen, die von einer jeden optischen Struktur aus einem dritten Satz von optischen Strukturen transmittiert werden, sich im wesentlichen entlang einer zweiten Achse ausbreiten und von jeweiligen optischen Strukturen eines vierten Satzes von optischen Strukturen empfangen werden, wobei die erste Achse und die zweite Achse im wesentlichen senkrecht zueinander sind.
System nach Anspruch 24, bei dem der erhöhte Bereich einer jeden der optischen Linsen eine Höhe aufweist, die höher als eine Höhe des Wellenleiters ist.
System nach Anspruch 26, bei dem die vordere Linsenfläche einer jeden der optischen Linsen eine In-der-Ebene-Kollimationslinsenkurve aufweist, die einen Umriß hat, der in einer Ebene definiert ist, die senkrecht zur Oberfläche des Tragesubstrats ist und die mit der Richtung ausgerichtet ist, in der ein bestimmter Lichtstrahl sich ausbreitet.
System nach Anspruch 26, bei dem die vordere Linsenfläche einer jeden optischen Linse gekrümmt ist und sich bis zum erhöhten Bereich einer jeden optischen Linse erstreckt.
System nach Anspruch 28, bei dem die vordere Fläche einer jeden optischen Linse ebenfalls gekrümmt ist, um die Lichtstrahlen so zu kollimieren, daß im wesentlichen alle Lichtstrahlen aus einer jeden optischen Linse in eine einzige Richtung emittiert werden.