(57)【要約】【課題】受光素子が外部からの光を感知しないようにした位置センサを提供する。【解決手段】位置センサＡは、シート状のアンダークラッド層１の表面に、複数の線状のコア２を格子状に配置形成し、これらコア２を被覆した状態でオーバークラッド層３をシート状に形成したシート状の光導波路Ｗと、コア２の一端面に接続される発光素子４と、コア２の他端面に接続される受光素子５とを備え、光導波路Ｗの外面の全面および受光素子５の外面の全面が、上記受光素子５が認識する波長の光を遮蔽する光遮蔽シートＳで被覆されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状のアンダークラッド層の表面に、複数の線状のコアを格子状に配置形成し、これらコアを被覆した状態でオーバークラッド層をシート状に形成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、上記光導波路の外面の任意の個所への押圧による、コアの光伝播量の変化によって、押圧個所を特定するシート状の位置センサであって、その位置センサの外部からの光が到達する上記光導波路の外面の部分が、上記受光素子が認識する波長の光を遮蔽する光遮蔽層で被覆されていることを特徴とする位置センサ。
【請求項２】
上記受光素子の外面も、上記光遮蔽層で被覆されている請求項１記載の位置センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押圧位置を光学的に検知する位置センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、押圧位置を光学的に検知する位置センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このものは、光路となる複数のコアを縦横方向に配置し、それらコアの周縁部をクラッドで覆うことによりシート状に形成し、上記各コアの一端面に発光素子からの光を入射させ、各コア内を伝播してきた光を、各コアの他端面で受光素子により感知するようになっている。そして、そのシート状の位置センサの表面の一部を指等で押圧すると、その押圧部分のコアがつぶれ（押圧方向のコアの断面積が小さくなり）、その押圧部分のコアでは、光伝播量が減少し、上記受光素子での光感知量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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２３４８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、場合によって、正しい押圧位置を検知できないことがあった。
【０００５】
そこで、本発明者らがその原因を追究した結果、上記受光素子が認識する波長の光が、位置センサの外部からクラッドを透過してコア内に入り、上記受光素子で感知される場合があることがわかった。すなわち、その場合、上記受光素子は、発光素子からの光に加え、上記外部からの光（外乱光）をも感知することになるため、その外乱光がノイズとなり、正しい押圧位置を検知することができないのである。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、受光素子が外部からの光を感知しないようにし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、本発明の位置センサは、シート状のアンダークラッド層の表面に、複数の線状のコアを格子状に配置形成し、これらコアを被覆した状態でオーバークラッド層をシート状に形成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、上記光導波路の外面の任意の個所への押圧による、コアの光伝播量の変化によって、押圧個所を特定するシート状の位置センサであって、その位置センサの外部からの光が到達する上記光導波路の外面の部分が、上記受光素子が認識する波長の光を遮蔽する光遮蔽層で被覆されているという構成をとる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の位置センサは、外部からの光が到達する上記光導波路の外面の部分が、上記受光素子が認識する波長の光を遮蔽する光遮蔽層で被覆されている。そのため、上記受光素子が認識する波長の光が、外部から光導波路の内部に入ることがなく、受光素子は、その外部からの光を感知しないようになっている。その結果、上記受光素子は、適正に光を感知することができ、正しい押圧位置を検知することができる。
【０００９】
特に、上記受光素子の外面も、上記光遮蔽層で被覆されている場合には、上記受光素子が認識する波長の光が、外部から上記受光素子を透過することも、防止することができる。そのため、上記受光素子は、より確実に、上記外部からの光を感知しないようになり、押圧位置の検知精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の位置センサの第１の実施の形態を模式的に示し、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその要部の拡大断面図である。
【図２】本発明の位置センサの第２の実施の形態を模式的に示す、要部の拡大断面図である。
【図３】本発明の位置センサの第３の実施の形態を模式的に示す、要部の拡大断面図である。
【図４】本発明の位置センサの第４の実施の形態を模式的に示す、要部の拡大断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は、上記位置センサにおける格子状のコアの交差形態を模式的に示す拡大平面図である。
【図６】（ａ）は、連続交差部における光の進路を模式的に示す拡大平面図であり、（ｂ）は、不連続交差部における光の進路を模式的に示す拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１（ａ）は、本発明の位置センサの第１の実施の形態を示す平面図であり、図１（ｂ）は、その受光素子の部分の断面を拡大した図である。この実施の形態の位置センサＡは、格子状のコア２が四角形シート状のアンダークラッド層１とオーバークラッド層３とで挟持された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。また、この実施の形態では、位置センサＡの全体（光導波路Ｗの外面の全面，発光素子４の外面の全面および受光素子５の外面の全面）が、上記受光素子５が認識する波長の光を遮蔽する光遮蔽シート（光遮蔽層）Ｓで被覆されている。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。
【００１３】
すなわち、上記位置センサＡは、全体が上記光遮蔽シートＳで被覆されているため、外部からの光が、全方向から上記位置センサＡに到達することがあっても、その光のうち、上記受光素子５が認識する波長の光は、光導波路Ｗの内部にも受光素子５の内部にも入らないようになっている。この状態で、光導波路Ｗに対応する上記光遮蔽シートＳの表面部分を、ペン先等で押圧すると、その押圧部分が変形し、その押圧部分のコアの光伝播量が減少する。このとき、上記のように、受光素子５が認識する波長の光は、外部から、光導波路Ｗの内部にも受光素子５の内部にも入らないため、上記受光素子５は、発光素子４からの光の減少量のみを感知し、上記外部からの光をも感知しない。そのため、上記受光素子５により、適正に押圧位置を検知することができる。
【００１４】
また、上記位置センサＡは、外部の全方向からの光を遮蔽するため、その位置センサＡの載置場所の選択肢が多い。すなわち、外部からの光が、上からも下からも横からも到達する環境下で、上記位置センサＡを使用することができる。
【００１５】
ここで、上記光遮蔽シートＳについて、より詳しく説明する。
【００１６】
上記光遮蔽シートＳとしては、上記受光素子５が認識する波長の光を吸収する材料からなる光吸収シート、またはその光を反射する光反射シートが用いられる。それら光吸収シートと光反射シートとを併用してもよい。
【００１７】
上記光吸収シートの形成材料としては、例えば、上記受光素子５が認識する波長が８５０ｎｍである場合には、その波長を吸収するカーボン，シアニン，フタロシアニン等の色素を含む樹脂があげられる。また、その光吸収シートの厚みは、１〜２００μｍの範囲内に設定することが好ましい。光吸収シートが薄過ぎると、光吸収性に劣る傾向にあり、厚すぎても光吸収性が大幅に向上せず、押圧位置の検知性が鈍化する傾向にある。
【００１８】
上記光反射シートの形成材料としては、上記受光素子５が認識する波長に係わらず、金属が用いられ、例えば、アルミニウム，ステンレス，銅等があげられる。また、その光反射シート厚みも、１〜２００μｍの範囲内に設定することが好ましい。光反射シートが薄過ぎると、使用頻度が多い場合に亀裂が発生し易くなる傾向にあり、その亀裂から光が入るおそれがある。一方、光反射シートが厚すぎても光反射性が大幅に向上せず、押圧位置の検知性が鈍化する傾向にあり、また、押圧後の形状の復元が困難になる傾向にある。
【００１９】
図２は、本発明の位置センサの第２の実施の形態を示す、受光素子の部分の断面を拡大した図である。この実施の形態の位置センサＢは、図１（ａ），（ｂ）に示す第１の実施の形態において、受光素子５の外面が、上記光遮蔽シートＳによる被覆に代えて、受光素子５が認識する波長の光を吸収する光吸収樹脂層（光遮蔽層）Ｒで被覆されている。この光吸収樹脂層Ｒの形成材料としては、前記光吸収シートの形成材料である樹脂があげられる。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。そして、上記第１の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００２０】
図３は、本発明の位置センサの第３の実施の形態を示す、受光素子の部分の断面を拡大した図である。この実施の形態の位置センサＣは、図１（ａ），（ｂ）に示す第１の実施の形態および図２に示す第２の実施の形態において、受光素子５の外面が、上記光遮蔽シートＳ〔図１（ｂ）参照〕や上記光吸収樹脂層Ｒ（図２参照）等の光遮蔽層で被覆されていない。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００２１】
この実施の形態では、受光素子５の外面が光遮蔽層で被覆されていないため、外部からの光のうち、受光素子５が認識する波長の光が、受光素子５の内部に入るおそれがあるものの、受光素子５は、通常、受光部分の周りに外壁等が形成されている構成となっているため、上記光は、その外壁等で遮蔽し、受光部分まで到達しないものとなっている。そのため、この実施の形態のように受光素子５の外面が光遮蔽層で被覆されていない場合でも、上記第１の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００２２】
なお、上記第１〜第３の実施の形態では、アンダークラッド層１の下面を被覆する光遮蔽層をシート状（光遮蔽シートＳ）としたが、剛性のある板状（光遮蔽板）としてもよい。その光遮蔽板の厚みの上限値は、通常、１０００μｍに設定されるが、それを超えてもよい。また、この場合における、上記オーバークラッド層３等の外面を被覆する光遮蔽シートＳの厚みは、上記と同様、１〜２００μｍの範囲内に設定することが好ましい。
【００２３】
図４は、本発明の位置センサの第４の実施の形態を示す、受光素子の部分の断面を拡大した図である。この実施の形態の位置センサＤは、図１（ａ），（ｂ）に示す第１の実施の形態において、アンダークラッド層１の下面を除く部分が、上記光遮蔽シートＳで被覆されている（アンダークラッド層１の下面が、上記光遮蔽シートＳで被覆されていない）。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００２４】
この実施の形態の位置センサは、上記受光素子５が認識する波長の光を透過させない材料からなる机Ｔ等の表面に、上記位置センサのアンダークラッド層１の下面を接触させた状態で使用される。すなわち、この場合、位置センサの下から（アンダークラッド層１の側から）の光は、上記机Ｔ等で遮蔽されるため、光導波路Ｗの内部にも受光素子５の内部にも入らない。また、それ以外の方向からの光は、上記第１の実施の形態と同様に、光遮蔽シートＳにより遮蔽され、光導波路Ｗの内部にも受光素子５の内部にも入らない。
【００２５】
なお、上記各実施の形態において、上記コア２，アンダークラッド層１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。
【００２６】
また、上記アンダークラッド層１の下面に、必要に応じて、ゴム層等の弾性層を設けてもよい。この場合、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の復元力が弱くなったり、それらが元々復元力の弱い材料からなるものであったりしても、上記弾性層の弾性力を利用して、上記弱い復元力を補助し、押圧部分の押圧が解除された後、元の状態に戻すことができる。
【００２７】
また、上記各実施の形態では、発光素子４を光遮蔽シート（光遮蔽層）Ｓで被覆したが、発光素子４は、その光遮蔽シートＳ等の光遮蔽層で被覆しなくてもよい。
【００２８】
そして、上記各実施の形態において、格子状のコア２の各交差部は、通常、図５（ａ）に拡大平面図で示すように、交差する４方向の全てが連続した状態に形成されているが、他でもよい。例えば、図５（ｂ）に示すように、交差する１方向のみが、隙間Ｇにより分断され、不連続になっているものでもよい。上記隙間Ｇは、アンダークラッド層１またはオーバークラッド層３の形成材料で形成されている。その隙間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、２０μｍ以下に設定される。それと同様に、図５（ｃ），（ｄ）に示すように、交差する２方向〔図５（ｃ）は対向する２方向、図５（ｄ）は隣り合う２方向〕が不連続になっているものでもよいし、図５（ｅ）に示すように、交差する３方向が不連続になっているものでもよいし、図５（ｆ）に示すように、交差する４方向の全てが不連続になっているものでもよい。さらに、図５（ａ）〜（ｆ）に示す上記交差部のうちの２種類以上の交差部を備えた格子状としてもよい。すなわち、本発明において、複数の線状のコア２により形成される「格子状」とは、一部ないし全部の交差部が上記のように形成されているものを含む意味である。
【００２９】
なかでも、図５（ｂ）〜（ｆ）に示すように、交差する少なくとも１方向を不連続とすると、光の交差損失を低減させることができる。すなわち、図６（ａ）に示すように、交差する４方向の全てが連続した交差部では、その交差する１方向〔図６（ａ）では上方向〕に注目すると、交差部に入射する光の一部は、その光が進んできたコア２と直交するコア２の壁面２ａに到達し、その壁面での反射角度が大きいことから、コア２を透過する〔図６（ａ）の二点鎖線の矢印参照〕。このような光の透過が、交差する上記と反対側の方向〔図６（ａ）では下方向〕でも発生する。これに対し、図６（ｂ）に示すように、交差する１方向〔図６（ｂ）では上方向〕が隙間Ｇにより不連続になっていると、上記隙間Ｇとコア２との界面が形成され、図６（ａ）においてコア２を透過する光の一部は、上記界面での反射角度が小さくなることから、透過することなく、その界面で反射し、コア２を進み続ける〔図６（ｂ）の二点鎖線の矢印参照〕。このことから、先に述べたように、交差する少なくとも１方向を不連続とすると、光の交差損失を低減させることができるのである。その結果、ペン先等による押圧位置の検知感度を高めることができる。
【００３０】
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】
【００３１】
位置センサとして、全体が光遮光層で被覆されたもの〔図１（ａ），（ｂ）参照〕を準備した。すなわち、その位置センサは、オーバークラッド層の上面が、両面テープ（厚み２５μｍ）を介して光遮光シート（厚み７５μｍ）で被覆され、アンダークラッド層の下面が、両面テープ（厚み５０μｍ）を介して光遮光板（厚み１ｍｍ）で被覆され、発光素子および受光素子の外面が、光吸収樹脂層で被覆されている。また、コアの端面と発光素子および受光素子とは、紫外線硬化性樹脂で接着されている。各構成の形成材料等を下記に示す。
【００３２】
〔光遮光層および両面テープ〕
光遮光シート：ＰＥＴ（三菱樹脂社製、Ｂ１００−７５）
光遮光板：オザワ科学社製、ＡＢＳシート（黒色）
光吸収樹脂層：カーボンブラック含有湿気硬化樹脂（セメダインＳＸ７２０Ｂ）
両面テープ：日東電工社製、ルシアックス
【００３３】
〔オーバークラッド層の形成材料〕
成分ａ：エポキシ樹脂（四日市合成社製、エポゴーセーＰＴ）４０重量部。
成分ｂ：エポキシ樹脂（ダイセル社製、２０２１Ｐ）６０重量部。
成分ｃ：光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０）４重量部。
これら成分ａ〜ｃを混合することにより、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（四日市合成社製、エポゴーセーＰＴ）３０重量部。
成分ｅ：エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＥＸＡ−４８１６）７０重量部。
成分ｆ：光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０）４重量部。
これら成分ｄ〜ｆを混合することにより、コアの形成材料を調製した。
【００３５】
〔アンダークラッド層の形成材料〕
成分ｇ：エポキシ樹脂（四日市合成社製、エポゴーセーＰＴ）４０重量部。
成分ｈ：エポキシ樹脂（ダイセル社製、２０２１Ｐ）６０重量部。
成分ｉ：光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０）４重量部。
これら成分ｇ〜ｉを混合することにより、アンダークラッド層の形成材料を調製した。
【００３６】
〔光導波路の作製〕
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５μｍ、弾性率は１ＧＰａ、屈折率は１．５０４であった。
【００３７】
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、コアを形成した。このコアの厚みは３０μｍ、格子状部分のコアの幅は１００μｍ、ピッチは６００μｍ、弾性率は２５ＭＰａ、屈折率は１．５２３であった。
【００３８】
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表面に、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（オーバークラッド層の表面からの厚み）は２００μｍ、弾性率は１ＧＰａ、屈折率は１．５０４であった。
【００３９】
そして、前記ＡＢＳ製の黒色の光遮光板の片面に、前記両面テープを貼着したものを準備した。ついで、その両面テープのもう一方の粘着面を上記アンダークラッド層の表面に貼着し、その状態で、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。
【００４０】
その後、上記オーバークラッド層の表面に、前記両面テープを介して、前記ＰＥＴ製の光遮光シートを貼着した。
【００４１】
つぎに、上記コアの一端面に、前記紫外線硬化性樹脂により、前記受光素子（浜松ホトニクス社製、s10226、認識波長：８５０ｎｍ）を接着固定した。また、上記コアの他端面に、発光素子（Optowell社製、XH85-S0603-2s ）を接続した。そして、上記受光素子および発光素子の外面を、前記光吸収樹脂層で被覆した。
【００４２】
〔比較例〕
上記実施例において、上記光遮光シート，上記光遮光板および上記光吸収樹脂層で被覆していないものを比較例とした。
【００４３】
〔位置センサの評価〕
上記実施例および比較例の位置センサを、暗室と野外とに置き、受光素子の受光強度スペクトルを測定した。なお、位置センサ表面での照度は、暗室が０ルクス、野外が５００００ルクスであった。また、発光素子の出力を５ｍＡとした。
【００４４】
その結果、実施例の位置センサは、暗室でも野外でも、略同様の受光強度スペクトルを示し、位置センサの表面をペン先で押圧した際の押圧位置を特定することができた。一方、比較例の位置センサは、暗室では、実施例と同様の受光強度スペクトルを示し、位置センサの表面をペン先で押圧した際の押圧位置を特定することができたが、野外では、外部からの光の影響を受け、受光強度が強く、押圧位置を特定することができなかった。
【００４５】
また、受光素子５の外面の被覆を光吸収樹脂層に代えたもの（図２参照）、受光素子５の外面を光遮蔽層で被覆しないもの（図３参照）、およびアンダークラッド層１の下面を光遮蔽層で被覆しないもの（図４参照）も、上記実施例と同様の傾向を示す結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の位置センサは、光が強い環境下でも、ペン先等の押圧位置を正しく特定できるようにする場合に利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
Ａ  位置センサ
Ｓ  光遮蔽シート
Ｗ  光導波路
１  アンダークラッド層
２  コア
３  オーバークラッド層
４  発光素子
５  受光素子
【図１】
2014225246.tif 000003
【図２】
2014225246.tif 000004
【図３】
2014225246.tif 000005
【図４】
2014225246.tif 000006
【図５】
2014225246.tif 000007
【図６】
2014225246.tif 000008