(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
格子状に形成された複数の線状のコアと、その格子状のコアを挟持する2層のシート状のクラッド層とを備えたシート状の光導波路であって、上記格子状の交差部において交差する2方向のコアのうち一方のコアが他方のコアによって分断された状態になっており、分断した他方のコアに分断個所がなく、その分断した他方のコアと、分断された一方のコアの分断側の端部との間にそれぞれ隙間が形成され、上記分断された一方のコアの分断側の端部の幅が、分断した他方のコアの幅よりも大きく設定されていることを特徴とする光導波路。
格子状に形成された複数の線状のコアを、2層のシート状のクラッド層で挟持したシート状の光導波路と、上記コアの一端面に接続される発光素子と、上記コアの他端面に接続される受光素子とを備え、上記発光素子で発光された光が、上記光導波路のコアを経て、上記受光素子で受光され、上記格子状のコア部分に対応するそれ自体の表面部分を入力領域とし、その入力領域における押圧位置を、その押圧により変化したコアの光伝播量によって特定する位置センサであって、上記格子状の交差部において交差する2方向のコアのうち一方のコアが他方のコアによって分断された状態になっており、分断した他方のコアに分断個所がなく、その分断した他方のコアと、分断された一方のコアの分断側の端部との間にそれぞれ隙間が形成され、上記分断された一方のコアの分断側の端部の幅が、分断した他方のコアの幅よりも大きく設定されていることを特徴とする位置センサ。
【背景技術】
【0002】
本出願人は、これまでに、押圧位置を光学的に検知する位置センサを提案している(例えば、特許文献1参照)。このものは、光路となる複数の線状のコアを格子状に形成し、それを2層のシート状のクラッド層で挟持したシート状の光導波路と、上記格子状のコアに光を伝播させる発光素子と、その伝播させた光を受光する受光素子とを備えている。そして、上記格子状のコアに対応するそれ自体の表面部分をペン先等で押圧すると、その押圧部分のコアが変形し、その押圧部分のコアからの、上記受光素子での光の検出レベルが低下することから、上記押圧位置を検知できるようになっている。なお、上記格子状のコアの交差部は、
図7に示すように、コア12が連続した連続交差になっている。
【0003】
一方、交差するコアを有する光導波路において、
図8に示すように、交差部を不連続交差とすることにより、交差損失(交差部での光伝播損失)を低減することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。すなわち、上記不連続交差は、交差する2方向のコア22のうち一方のコア(
図8では横方向のコア)22aが、他方のコア(
図8では縦方向のコア)22bによって分断された状態になっており、分断した他方のコア22bと、分断された一方のコア22aの分断側の端部との間にそれぞれ隙間Gが形成されている。そして、分断された一方のコア22aでは、上記隙間Gから漏れる光が発生するため、その分断された一方のコア22aでの交差損失は増加するものの、分断した他方のコア22bは、分断個所も連続交差個所もない、直線状のコア22であることから、交差損失は0(零)である。そのため、交差する2方向のコア22a,22bにおける交差損失を合計すると、その交差損失は低減されているのである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記位置センサの格子状のコア12の交差部に、上記不連続交差を採用すると、その位置センサでも、分断した他方のコアでの交差損失は0(零)になるが、分断された一方のコアでの交差損失は増加する。そのため、その分断された一方のコアでの交差損失をさらに低減し、交差する2方向の合計の交差損失もさらに低減することが望まれる。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、格子状のコアにおいて、コアの交差部が、交差する2方向のコアのうち一方のコアが他方のコアによって分断された状態になっており、分断した他方のコアと、分断された一方のコアの分断側の端部との間にそれぞれ隙間が形成されている場合の交差損失を、さらに低減した光導波路およびそれを用いた位置センサの提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するため、本発明は、格子状に形成された複数の線状のコアと、その格子状のコアを挟持する2層のシート状のクラッド層とを備えたシート状の光導波路であって、上記格子状の交差部において交差する2方向のコアのうち一方のコアが他方のコアによって分断された状態になっており、
分断した他方のコアに分断個所がなく、その分断した他方のコアと、分断された一方のコアの分断側の端部との間にそれぞれ隙間が形成され、上記分断された一方のコアの分断側の端部の幅が、分断した他方のコアの幅よりも大きく設定されている光導波路を第1の要旨とする。
【0008】
また、本発明は、格子状に形成された複数の線状のコアを、2層のシート状のクラッド層で挟持したシート状の光導波路と、上記コアの一端面に接続される発光素子と、上記コアの他端面に接続される受光素子とを備え、上記発光素子で発光された光が、上記光導波路のコアを経て、上記受光素子で受光され、上記格子状のコア部分に対応するそれ自体の表面部分を入力領域とし、その入力領域における押圧位置を、その押圧により変化したコアの光伝播量によって特定する位置センサであって、上記格子状の交差部において交差する2方向のコアのうち一方のコアが他方のコアによって分断された状態になっており、
分断した他方のコアに分断個所がなく、その分断した他方のコアと、分断された一方のコアの分断側の端部との間にそれぞれ隙間が形成され、上記分断された一方のコアの分断側の端部の幅が、分断した他方のコアの幅よりも大きく設定されている位置センサを第2の要旨とする。
【0009】
本発明者らは、格子状のコアにおいて、コアの交差部が、交差する2方向のコアのうち一方のコアが他方のコアによって分断された状態になっており、分断した他方のコアと、分断された一方のコアの分断側の端部との間にそれぞれ隙間が形成されている場合の交差損失を、さらに低減すべく、交差するコアの幅に着目し、研究を重ねた。その結果、従来技術では、交差する2方向のコアの幅は、同じであったのに対し、分断された一方のコアの幅を、分断した他方のコアの幅よりも大きく設定すると、格子状のコアにおける交差損失を、さらに低減できることを見出し、本発明に到達した。
【0010】
すなわち、一般に、コアの中を伝播する光は、側壁等の内壁に反射しながら伝播することから、コアの幅が大きいほど、コアの側壁で反射する回数(側壁に当たる回数)が減少する。そのため、分断された一方のコアの幅が大きいと、光が分断個所(不連続交差個所)に至る確率が減少し、その分断個所から光が側方に漏れる確率が減少する。このことから、分断された一方のコアの幅を大きくすると、そのコアにおける交差損失は低減する。
【0011】
また、一般に、コアが分断されていると、その分断されている個所の長さが短いほど、そのコアの中を伝播する光が、分断個所から外側に漏れる確率が減少する。そこで、本発明のように、分断された一方のコアの幅を、分断した他方のコアの幅よりも大きく設定すると、分断した他方のコアの幅が相対的に細くなる。そのため、分断された一方のコアでは、分断個所の長さが短くなることから、その分断個所から光が外側に漏れる確率が減少し、交差損失が低減する。なお、分断した他方のコアは、分断個所も連続交差個所もない、直線状のコアであることから、交差損失は0(零)である。
【発明の効果】
【0012】
本発明の光導波路は、格子状のコアを有し、その交差部において交差する2方向のコアのうち一方のコアが他方のコアによって分断された状態になっており、分断した他方のコアと、分断された一方のコアの分断側の端部との間にそれぞれ隙間が形成され、上記分断された一方のコアの分断側の端部の幅が、分断した他方のコアの幅よりも大きく設定されている。それにより、分断された一方のコアでは、光が側壁で反射する回数(側壁に当たる回数)が減少し、また、分断個所の長さが短くなることから、分断個所から光が漏れる確率が減少し、交差損失が低減されている。また、分断した他方のコアは、分断個所も連続交差個所もない、直線状のコアであることから、交差損失は0(零)である。これらのため、本発明の光導波路は、交差する2方向のコアにおける交差損失を合計すると、上記格子状のコアにおける交差損失を、さらに低減させることができる。
【0013】
そして、本発明の位置センサは、上記本発明の光導波路を備えているため、格子状のコアにおける交差損失が低減されており、押圧位置の検知感度を高めることができる。
【0014】
特に、上記分断された一方のコアの分断側の端部の幅が、分断した他方のコアの幅の50倍以下に設定されている場合には、コアの幅を、位置センサにとって、より適正な値に設定することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【0017】
図1(a)は、本発明の位置センサの一実施の形態を示す平面図である。この実施の形態の位置センサは、格子状のコア2を有する四角形シート状の光導波路Wと、上記格子状のコア2を構成する線状のコア2の一端面に接続される発光素子4と、上記線状のコア2の他端面に接続される受光素子5とを備えている。そして、上記発光素子4から発光された光は、上記コア2の中を通り、上記受光素子5で受光されるようになっている。なお、
図1(a)では、コア2を鎖線で示しており、鎖線の太さがコア2の太さを示している。また、
図1(a)では、コア2の数を略して図示している。そして、
図1(a)の矢印は、光の進む方向を示している。
【0018】
上記光導波路Wは、本発明の光導波路の一実施の形態であり、上記格子状のコア2の各交差部は、
図1(b)に平面図で示すように、交差する2方向(横方向と縦方向)のコア2のうち一方のコア〔
図1(b)では横方向のコア〕2aが他方のコア〔
図1(b)では縦方向のコア〕2bによって分断された状態になっており、分断した他方のコア2bと、分断された一方のコア2aの分断側の端部との間にそれぞれ隙間Gが形成された不連続交差になっている。そして、分断された一方のコア2aの幅(X)が、分断した他方のコア2bの幅(Y)よりも大きく〔1<(X/Y)〕設定されている。これが本発明の大きな特徴の一つである。この実施の形態では、交差する2方向のコア2a,2bは、一定の幅(X,Y)に設定されている。なお、上記隙間Gの幅dは、0(零)を超え(隙間Gが形成されていればよく)、通常、50μm以下に設定され、好ましくは20μm以下である。
【0019】
上記特徴のように、交差する一方のコア2aが他方のコア2bによって分断された状態になっており、分断した他方のコア2bと、分断された一方のコア2aの分断側の端部との間にそれぞれ隙間Gが形成された不連続交差において、分断された一方のコア2aの幅(X)を、分断した他方のコア2bの幅(Y)よりも大きく〔1<(X/Y)〕設定すると、格子状のコア2における交差損失を、さらに低減させることができる。
【0020】
すなわち、一般に、コア2の中を伝播する光は、側壁等の内壁に反射しながら伝播することから、コア2の幅が大きいほど、コア2の側壁で反射する回数(側壁に当たる回数)が減少する。そこで、上記特徴のようにコア2a,2bを設定した
図2(a)と、それに対し、先に述べた従来技術(
図8参照)のように交差する2方向のコア22a,22bとも同じ幅に設定した
図2(b)とを、分断した他方のコア〔
図2(a),(b)では縦方向のコア〕2b,22bの幅を同じにして、比較すると、分断された一方のコア2aの幅(X)が大きい
図2(a)では、光がコア2aの側壁で反射する回数(側壁に当たる回数)が少ないため、光が分断個所(不連続交差個所)に至る確率が低く、その分断個所から光が側方に漏れる確率が低い〔
図2(a)の一点鎖線の矢印参照〕。それに対し、
図2(b)では、分断された一方のコア22aの幅(X)が小さく、光がコア22aの側壁で反射する回数(側壁に当たる回数)が多いため、光が分断個所に至る確率が高く、その分断個所から光が側方に漏れる確率が高い〔
図2(b)の一点鎖線の矢印参照〕。このことから、分断された一方のコア2a,22aでの交差損失は、そのコア幅(X)が大きい
図2(a)の方が、小さくなっている。
【0021】
また、一般に、コア2が分断されていると、その分断されている個所の長さが短いほど、そのコア2の中を伝播する光が、分断個所から外側に漏れる確率が減少する。そこで、上記特徴のようにコア2a,2bを設定した
図3(a)と、それに対し、先に述べた従来技術(
図8参照)のように交差する2方向のコア22a,22bとも同じ幅に設定した
図3(b)とを、分断された一方のコア〔
図3(a),(b)では横方向のコア〕2a,22aの幅を同じにして、比較すると、
図3(a)では、分断した他方のコア2bの幅(Y)が小さく、分断個所の長さLが短いため、その分断個所から光が外側に漏れる確率が低い〔
図3(a)の一点鎖線の矢印参照〕。それに対し、
図3(b)では、分断した他方のコア22bの幅(Y)が大きく、分断個所の長さLが長いため、その分断個所から光が外側に漏れる確率が高い〔
図3(b)の一点鎖線の矢印参照〕。このことから、分断された一方のコア2a,22aでの交差損失は、その分断個所の長さLが短い
図3(a)の方が、小さくなっている。
【0022】
そして、分断した他方のコア2bは、分断個所も連続交差個所もない、直線状のコア2であることから、交差損失は0(零)である。これらのことから、上記特徴を備えた格子状のコア2において、交差する2方向のコア2a,2bにおける交差損失を合計すると、その格子状のコア2における交差損失は、先に述べたように、非常に小さくなっている。
【0023】
また、上記シート状の光導波路Wは、この実施の形態では、
図4に断面図で示すように、シート状のアンダークラッド層1の表面部分に、格子状のコア2が埋設されて、上記アンダークラッド層1の表面とコア2の頂面とが面一に形成され、それらアンダークラッド層1の表面とコア2の頂面とを被覆した状態で、シート状のオーバークラッド層3が形成されたものとなっている。そして、この実施の形態では、上記コア2aの分断個所における隙間Gは、アンダークラッド層1の形成材料で形成されている。また、上記のような構造の光導波路Wの場合、各層の厚みは、例えば、アンダークラッド層1が10〜500μmの範囲内、コア2が5〜100μmの範囲内、オーバークラッド層3が1〜200μmの範囲内に設定される。
【0024】
そして、上記シート状の光導波路Wを用いた前記位置センサでは、格子状のコア2の部分に対応するオーバークラッド層3の表面部分が、入力領域となっている。その位置センサへの文字等の入力は、上記入力領域に、直接または樹脂フィルムや紙等を介して、ペン等の入力体で文字等を書くことにより行われる。このとき、上記入力領域がペン先等で押圧され、その押圧部分のコア2が変形し、そのコア2の光伝播量が低下する。そのため、上記押圧部分のコア2では、上記受光素子5での光の検出レベルが低下することから、上記押圧位置を検知できるようになっている。
【0025】
しかも、上記位置センサでは、格子状のコア2における交差損失が非常に小さくなっていることから、上記押圧部分以外のコア2では、上記受光素子5での光の検出レベルがあまり低下しない。そのため、押圧部分と押圧部分以外とでは、上記受光素子5での光の検出レベルの差が大きくなり、ペン先等による押圧位置を明確に検知することができる。また、上記入力の際の筆圧が低い等して、その押圧による上記検出レベルの低下量が少なくても、その押圧部分以外の上記検出レベルとの差が明確に現れ、その押圧位置を確実に検知することができる。このように、上記位置センサは、押圧位置の検知感度が高くなっている。
【0026】
特に、上記位置センサでは、上記受光素子5に接続するコア2の部分は、その受光素子5に接続可能となるよう、その受光素子5
の寸法に応じて、幅を縮小して形成する必要がある。その場合、幅縮小損失(コア幅縮小による光伝播損失)が発生し、その幅縮小損失は、コア幅の縮小率が大きいほど大きくなる。一方、先に述べたように、交差損失を小さくするために、分断された一方のコア2aの幅(X)を、分断した他方のコア2bの幅(Y)よりも大きく〔1<(X/Y)〕設定しており、その分断された一方のコア2aの幅(X)が大きいと、交差損失は小さくなるものの、上記幅縮小損失が大きくなる。そこで、上記位置センサでは、幅縮小損失があまり大きくならない範囲で交差損失をできるだけ小さくする観点から、分断された一方のコア2aの幅(X)を、分断した他方のコア2bの幅(Y)の50倍以下〔1<(X/Y)≦50〕に設定することが好ましい。
【0027】
ここで、コア2の弾性率は、アンダークラッド層1およびオーバークラッド層3の弾性率よりも大きく設定されていることが好ましい。その理由は、弾性率の設定がその逆であると、コア2の周辺が硬くなるため、オーバークラッド層3の入力領域の部分を押圧するペン先等の面積よりもかなり広い面積の光導波路Wの部分が凹み、押圧位置を正確に検知し難くなる傾向にあるからである。そこで、各弾性率としては、例えば、コア2の弾性率は、1GPa以上10GPa以下の範囲内に設定され、オーバークラッド層3の弾性率は、0.1GPa以上10GPa未満の範囲内に設定され、アンダークラッド層1の弾性率は、0.1MPa以上1GPa以下の範囲内に設定されることが好ましい。この場合、コア2の弾性率が大きいため、小さな押圧力では、コア2はつぶれない(コア2の断面積は小さくならない)ものの、押圧により光導波路Wが凹むため、その凹んだ部分に対応するコア2の曲がった部分から光の漏れ(散乱)が発生し、そのコア2では、受光素子5(
図1参照)での光の検出レベルが低下することから、押圧位置を検知することができる。
【0028】
上記アンダークラッド層1,コア2およびオーバークラッド層3の形成材料としては、感光性樹脂,熱硬化性樹脂等があげられ、その形成材料に応じた製法により、光導波路Wを作製することができる。また、上記コア2の屈折率は、上記アンダークラッド層1およびオーバークラッド層3の屈折率よりも大きく設定されている。そして、上記弾性率および屈折率の調整は、例えば、各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。なお、上記アンダークラッド層1として、ゴムシートを用い、そのゴムシート上にコア2を格子状に形成するようにしてもよい。
【0029】
なお、上記実施の形態では、交差する2方向のコア2a,2bを一定幅(X,Y)に設定したが、
図5(a),(b)に示すように、分断された一方のコア2aは、一定幅でなくてもよい。すなわち、
図5(a)では、分断された一方のコア2aの分断側の端部が一定の幅(X)に設定され、その端部の幅(X)が、分断した他方のコア2bの幅(Y)よりも大きく〔1<(X/Y)〕設定されており、その一定幅(X)の端部以外のコア2aの部分は、その一定幅(X)よりも小さい幅に設定されている。一方、
図5(b)では、分断された一方のコア2aの分断側の端面の幅(X)が、分断した他方のコア2bの幅(Y)よりも大きく〔1<(X/Y)〕設定されており、その端面以外のコア2aの端部の部分は、分断した他方のコア2bから離れるにつれて徐々に幅が小さくなるように設定されている。これらのようにしても、上記実施の形態と同様、格子状のコア2における交差損失を、さらに低減させることができる。
【0030】
また、上記実施の形態において、光導波路Wの断面構造は、
図4に示すものとしたが、他でもよく、例えば、
図6に断面図で示すように、均一厚みのシート状のアンダークラッド層1の表面に、コア2が突出した状態で所定パターンに形成され、そのコア2を被覆した状態で、上記アンダークラッド層1の表面に、オーバークラッド層3が形成された構造のものとしてもよい。この構造では、上記コア2aの分断個所における隙間Gは、オーバークラッド層3の形成材料で形成されている。
【0031】
さらに、上記実施の形態では、格子状のコア2の各交差部を
図1(b)に示す上記不連続交差としたが、一部の交差部を上記不連続交差としてもよい。
【0032】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。
【実施例】
【0033】
〔アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料〕
成分a:エポキシ樹脂(三菱化学社製、YL7410)75重量部。
成分b:エポキシ樹脂(三菱化学社製、JER1007)25重量部。
成分c:光酸発生剤(サンアプロ社製、CPI101A)2重量部。
これら成分a〜cを混合することにより、アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料を調製した。
【0034】
〔コアの形成材料〕
成分d:エポキシ樹脂(ダイセル社製、EHPE3150)75重量部。
成分e:エポキシ樹脂(東都化成社製、KI−3000−4)25重量部。
成分f:光酸発生剤(ADEKA社製、SP170)1重量部。
成分g:乳酸エチル(和光純薬工業社製、溶剤)50重量部。
これら成分d〜gを混合することにより、コアの形成材料を調製した。
【0035】
〔光導波路の作製〕
まず、ガラス製基材の表面に、上記オーバークラッド層の形成材料を用いて、スピンコート法により、オーバークラッド層を形成した。このオーバークラッド層の厚みは25μmとした。弾性率は3MPaであった。なお、弾性率の測定は、粘弾性測定装置(TA instruments Japan Inc. 社製、RSA3)を用いた。
【0036】
ついで、上記オーバークラッド層の表面に、上記コアの形成材料を用いて、フォトリソグラフィ法により、格子状のコアを形成した。この格子状のコアの各交差部は、実施例1〜8および比較例1,2では、横方向のコアが縦方向のコアによって分断され、縦方向のコアと横方向のコアの分断側の端部との間にそれぞれ隙間が形成された不連続交差〔
図1(b)参照〕とし、比較例3では、コアが分断されていない連続交差(
図7参照)とした。そして、横方向のコアの幅(X),縦方向のコアの幅(Y),横方向のコアの分断個所における上記隙間の幅(d)は、下記の表1に示す値とした。また、上記コアの厚みは30μm、上記横方向のコアの本数は350本、縦方向のコアの本数は495本、ピッチは600μmとした。弾性率は3GPaであった。
【0037】
つぎに、上記コアを被覆するように、上記オーバークラッド層の上面に、上記アンダークラッド層の形成材料を用いて、スピンコート法により、アンダークラッド層を形成した。このアンダークラッド層の厚みは300μmとした。弾性率は3MPaであった。
【0038】
そして、上記オーバークラッド層を上記ガラス製基材から剥離した。ついで、接着剤を介して、アルミニウム板の表面に、上記アンダークラッド層を接着した。このようにして、アルミニウム板の表面に、接着剤を介して、実施例および比較例の光導波路を作製した。
【0039】
〔交差損失の算出〕
VCSEL(三喜社製、OP250)から発光された光(波長850nm)を、上記格子状のコアの中を通し、光マルチパワーメータ(ADVANTEST社製、Q8221)で受光し、その受光強度(B)を測定した。その受光強度(B)は、横方向のコアと縦方向のコアと別々に測定した。また、それと同様にして、上記VCSELから発光された光を、直線状のコアの中を通し、上記光マルチパワーメータで受光し、その受光強度(C)を測定した。さらに、上記VCSELの発光強度(A)を上記光マルチパワーメータで測定した。そして、下記の式(1)により、交差損失(D)を算出した。また、横方向の交差損失と縦方向の交差損失の合計を算出した。それらの結果を下記の表1に示した。
【0040】
【数1】
【0041】
【表1】
【0042】
上記表1の結果から、隙間(d)が同じ10μmの上記実施例1,2,5〜8および比較例1,2を比較すると、分断された横方向のコアの幅(X)と、分断した縦方向のコアの幅(Y)との比(X/Y)が大きいほど、交差損失が小さくなる傾向にあることがわかる。特に、上記比(X/Y)が1よりも大きい上記実施例1〜8では、交差損失がより小さいことがわかる。また、連続交差の比較例3は、交差損失が大きいことがわかる。
【0043】
また、上記実施例において、不連続交差を格子状の交差部の一部としても、上記実施例と同様の傾向を示す結果が得られた。