CN101639551B - 三维传感器用光波导路和使用该光波导路的三维传感器 - Google Patents

三维传感器用光波导路和使用该光波导路的三维传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够小型化的三维传感器用光波导路和使用该光波导路的三维传感器。该三维传感器用光波导路(W1)包括沿厚度方向同轴层叠的多层框状光波导路体(V)和由层叠的光波导路体(V)的内侧空间构成的测量用空间(H)，其中，上述各光波导路体(V)包括发光芯(3A)、受光芯(3B)、覆盖这些芯(3A、3B)的上敷层(4)，上述发光芯(3A)具有定位于各框状光波导路体(V)的相面对内侧边缘的一方的光射出端部和定位于各框状光波导路体(V)的外侧边缘的光入射端部，上述受光芯(3B)具有定位于各框状光波导路体(V)的相对内侧边缘的另一方的光入射端部和定位于各框状光波导路体的外侧边缘的光射出端部。

Description

三维传感器用光波导路和使用该光波导路的三维传感器
技术领域
本发明涉及三维传感器用光波导路和使用该光波导路的三维传感器。
背景技术
三维传感器通常朝向测量对象物射出光、电波，并接收被该测量对象物反射的光、电波，在计算机等中进行运算处理，从而获得上述测量对象物的三维形状、位置、速度等信息(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2007-163429号公报
可是，上述以往的三维传感器是较大的装置。因此，将以往的三维传感器安装在例如用于金融机构的ATM、车站的售票机、便携式游戏机等的触摸面板上而用作检测手指的触摸位置的检测部件，有可能因该三维传感器比触摸面板的主体还大而不实用。
此外，如本发明这样将光波导路用作三维传感器是以往没有过的。
发明内容
本发明是鉴于这样的背景而做成的，其目的在于提供一种能小型化的三维传感器用光波导路和使用该光波导路的三维传感器。
为了达到上述目的，本发明的第1技术方案是一种三维传感器用光波导路，其包括沿厚度方向同轴层叠的多层框状光波导路体和由层叠的光波导路体的内侧空间构成的测量用空间，其中，上述各光波导路体包括发光芯、受光芯、覆盖这些芯的上敷层，上述发光芯具有定位于各框状光波导路体的相对内侧边缘中的一方内侧边缘上的光射出端部和定位于各框状光波导路体的外侧边缘上的光入射端部，上述受光芯具有定位于各框状光波导路体的相对内侧边缘中的另一方内侧边缘上的光入射端部和定位于各框状光波导路体的外侧边缘上的光射出端部。
此外，本发明的第2技术方案是一种三维传感器，其包括上述三维传感器用光波导路、控制部件、与上述发光芯的光入射端部相关联地设于上述框状光波导路体的外侧部且向上述发光芯射出光的发光元件、与上述受光芯的光射出端部相关联地设于上述框状光波导路体的外侧部且自上述受光芯接受光的受光元件，其中，上述控制部件与上述发光元件和受光元件电连接，控制自上述发光元件发出的光，且运算处理由上述受光元件接受到的信号。
即、本发明的三维传感器用光波导路沿厚度方向同轴层叠有多层上述框状的光波导路体，该层叠的框状的内侧空间(由在层叠方向上连续的被框围成的空心空间构成的空间)形成配置测量对象物或使测量对象物通过的测量用空间。此外，使用了该三维传感器用光波导路的本发明的三维传感器形成为在上述框状光波导路体的外侧部设置上述发光元件和受光元件，将这些发光元件和受光元件与上述控制部件进行电连接的构件。在该三维传感器中，框状光波导路体能薄型化和小型化，发光元件、受光元件和控制部件也能小型化，因此，由它们构成的本发明的三维传感器能小型化。而且，在本发明的三维传感器中，由上述框状光波导路体的框围成的空心空间中，按照来自上述控制部件的发光信号使发光元件发光，自发光芯的光射出端部射出光，使该光入射到受光芯的光入射端部。在该状态下，若在上述三维传感器用光波导路的上述测量用空间中配置测量对象物或使测量对象物通过，则该测量对象物遮挡上述射出光的一部分，因此，利用上述受光元件感知该被遮挡的部分，利用上述控制部件运算处理该信号与向上述发光元件发送的发光信号，从而能够获得上述测量用空间中的上述测量对象物的三维位置、倾斜、速度、大小等信息。
另外，本发明的“框状”不仅是指框连续的构件，也包括该框的一部分分离而变得不连续的构件。例如，在四边形的“框状”的情况下，也包括使2个L字状部相对而配置成四边形的“框状”的构件。
本发明的三维传感器用光波导路是将具有射出光的芯的端部和入射该射出的光的芯的端部的多层框状的光波导路体沿厚度方向同轴层叠而成的构件，该层叠的框状的光波导路体的内侧空间形成配置测量对象物或使测量对象物通过的测量用空间。此外，上述光波导路体能薄型化和小型化，因此层叠该光波导路体而成的本发明的三维传感器用光波导路能小型化，使用该三维传感器用光波导路的三维传感器也能小型化。
特别是在上述光波导路体中，在发光芯的光射出端部形成为第1透镜部，该第1透镜部的透镜面形成为朝向外侧鼓起的俯视呈圆弧状，上述上敷层的端缘形成为覆盖上述第1透镜部的透镜面的状态，该上敷层的端部形成为第2透镜部，该第2透镜部的透镜面形成为朝向外侧鼓起的侧剖视呈圆弧状的情况下，能在形成上敷层的时刻自动地使发光芯光射出端部的第1透镜部与上覆层端部的第2透镜部成为位置对合的状态。因此，能够不需要上述第1透镜部与第2透镜部的位置对合操作，能够提高生产率。而且，利用上述第1透镜部与第2透镜部的折射作用，能够抑制射出的光的发散，能够提高所获得的有关测量对象物的信息的准确性。
而且，受光芯的光入射端部形成为第3透镜部，该第3透镜部的透镜面形成为朝向外侧鼓起的俯视呈圆弧状，上述上敷层的另一端缘形成为覆盖上述第3透镜部的透镜面的状态，该上敷层的端部形成为第4透镜部，该第4透镜部的透镜面形成为朝向外侧鼓起的侧剖视呈圆弧状的情况下，与发光侧的上述第1透镜部与第2透镜部相同，能够在形成上敷层的时刻自动地使第3透镜部与第4透镜部成为位置对合的状态，能够提高生产率。而且，利用上述第3透镜部与第4透镜部的折射作用，能够使入射光收拢而聚集后导入到芯内，能够提高所获得的有关测量对象物的信息的准确性。
此外，在将处于层叠状态的光波导路体使框以规定轴线为中心线相互错开的状态定位的情况下，由于框的错开，自各光波导路体的发光芯射出的光的方向相互不同。因此，能够根据高度位置改变角度地测量立体的测量对象物。由此，能够获得测量对象物的大致形状。即，在一个光波导路体中，能够获得光对测量对象物照射部分的轮廓形状。若使该光波导路体的框以没有错开的状态(框对齐的状态)层叠多层，则由于所有的自光波导路体的发光芯射出的光的方向都相同，因此只能获得相对于测量对象物的某个恒定的方向的、光照射部分的轮廓形状。因此，无法获得光没有照射到的部分(阴影部分)等的形状。对此，若如本发明这样的以使框错开的状态层叠多层光波导路体，则由于能够根据测量对象物的高度位置来从不同方向照射光，所以能够通过改变测量对象物的高度位置来获得不同方向的轮廓形状。而且，能够由上述多层不同方向的轮廓形状获得测量对象物的大致形状。
本发明的三维传感器是，在能小型化的上述三维传感器用光波导路中，在框状的光波导路体的外侧部设置发光元件和受光元件，利用控制部件电连接上述发光元件和受光元件而形成的。因此，本发明的三维传感器能够实现小型化。此外，若在上述三维传感器用光波导路的测量用空间中配置测量对象物或使测量对象物通过，则能够获得在上述测量用空间中的测量对象物的三维位置、倾斜、速度、大小等信息。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的三维传感器用光波导路的第1实施方式的立体图。
图2是示意性地表示构成上述三维传感器用光波导路的光波导路体，(a)是其俯视图，(b)是(a)的用圈部C圈起来的芯的端部的放大俯视图，(c)是(b)的X-X剖视图。
图3是示意性地表示使用了上述三维传感器用光波导路的三维传感器的立体图。
图4是示意性地表示上述光波导路体的光的射出状态，(a)是其俯视图，(b)是(a)的X-X剖视图。
图5是示意性地表示上述三维传感器的测量对象物的测量方法的说明图。
图6是示意性地表示将上述三维传感器用作触摸面板的手指的接触位置的检测部件的情况的说明图。
图7的(a)～(d)是示意性地表示上述三维传感器用光波导路的制造方法的说明图。
图8的(a)～(d)是接着示意性地表示上述三维传感器用光波导路的制造方法的说明图。
图9是示意性地表示本发明的三维传感器用光波导路的第2实施方式的俯视图。
具体实施方式
接着，基于附图详细地说明本发明的实施方式。
图1表示本发明的三维传感器用光波导路的第1实施方式。在该实施方式的三维传感器用光波导路W1是将形成为四边形的框状(连续的框)的光波导路体V将其框对齐地沿其厚度方向同轴层叠多层(图1中为3层)的构造。而且，上述光波导路体V的、由用框围成的连续的空心空间构成的空间形成配置测量对象物或使测量对象物通过的测量用空间H。在该实施方式中，实际上处于层叠状态的光波导路体V是相接触的，但在图1中，为了便于理解，隔开间隙地进行图示，另外，在图1中，用虚线表示的附图标记3A、3B分别是在上述光波导路体V内作为光的通路的发光芯和受光芯，该虚线的粗细表示芯3A、3B的粗细，并且省略了芯3A、3B的数量而进行图示。此外，附图标记4是覆盖上述芯3A、3B的上敷层。
如图2的(a)(俯视图)所示，上述四边形的框状的光波导路体V中，构成其四边形的框状的一L字形部分形成为发光侧的光波导路部分A，另一L字形部分形成为受光侧的光波导路部分B。上述四边形的框状的光波导路体V由形成为四边形的框状的下敷层(基体)2(参照图2的(c))、形成于下敷层的表面的发光芯3A、受光芯3B和以覆盖发光芯3A、受光芯3B的状态层叠形成于整个下敷层2上的上敷层4。上述多个芯3A、3B是作为光的通路的构件，形成自上述各L字形部分的外侧端缘部的规定部分a、b以等间隔并列的状态延伸到该L字形部分的内侧端缘部的图案。此外，形成在发光侧的光波导路部分A上的发光芯3A的数量和形成在受光侧的光波导路部分B上的受光芯3B的数量是相同的。而且，发光侧的芯3A的光射出端面与受光侧的芯3B的光入射端面成为相面对的状态。另外，在图2的(a)中，用虚线表示芯3A、3B，其虚线的粗细表示芯3A、3B的粗细，并且省略了芯3A、3B的数量而进行图示。
在此，如图2的(b)(图2的(a)的圈C的放大俯视图)、图2的(c)(图2的(b)的X-X剖视图)所示，在该实施方式中，上述发光侧的芯3A的光射出端部形成为大致扇形状的第1透镜部31，受光侧的芯3B的光入射端部形成为大致扇形状的第3透镜部33(图中加括号表示)。如图2的(a)所示，两透镜部31、33形成相面对的状态。但是，由于大致扇形状等的形状是相同的，所以在图2的(b)、(c)中，一并表示第1透镜部31以及其周边、第3透镜部33以及其周边。即，上述第1和第3透镜部31、33形成随着朝向端面(图2的(b)中的右侧端面)去而逐渐宽度扩大的大致扇形状，该大致扇形状的圆弧面部形成为朝向外侧鼓起的俯视呈圆弧状的透镜面31a、33a。包括上述第1和第3透镜部31、33的芯3A、3B形成均匀的厚度。此外，上述上敷层4以覆盖整个上述芯3A、3B(包括第1和第3透镜部31、33)的状态，在上述下敷层2的表面形成为均匀的高度。上述上敷层4也形成为与下敷层2相同的四边形的框状，沿着该四边形的框状的内侧部分的框的边缘部在发光侧形成为第2透镜部42，在受光侧形成为第4透镜部44。如图2的(c)所示，上述第2和第4透镜部42、44的端面形成为朝向外侧鼓起的侧剖视呈圆弧状的透镜面42a、44a。
接着，对使用了上述三维传感器用光波导路W1的三维传感器进行说明。如图3所示，该三维传感器在上述四边形的框状的各光波导路体V中，在发光侧的光波导路部分A的外侧端缘部的规定部分a上连接有发光元件5，在受光侧的光波导路部分B的外侧端缘部的规定部分b上连接有受光元件6。此外，上述发光元件5和受光元件6与ADC(Analog Digital Converter)、微处理器等控制部件7电连接，利用该控制部件控制上述发光元件5的发光，且运算处理来自上述受光元件6的信号。另外，在图3中，与图2的(a)相同，用虚线表示芯3A、3B，其虚线的粗细表示芯3A、3B的粗细，并且省略了芯3A、3B的数量而进行图示。此外，在图3中，为了便于理解，仅表示多束光中的一部分光S。
在利用上述三维传感器测量测量对象物时，从上述控制部件7向发光元件5发送发光信号，按照该信号使发光元件5发光。由此，由发光元件5发出的光自外侧端缘部的规定部分a在光波导路体V的发光侧的光波导路部分A的发光芯3A内传送至内侧端缘的光射出端部。而且，如图4的(a)(俯视图)、图4的(b)(图4的(a)的X-X剖视图)所示，通过该内侧端缘的光射出端部射出光S。自该发光芯3A的光射出端部射出的光S利用其端部的第1透镜部31的大致扇形状的形状，沿着该大致扇形状的宽度扩大部的形状大致均匀地扩大宽度。而且，利用第1透镜部31的、透镜面31a形状(俯视呈圆弧状)引起的折射作用来抑制该光S相对于光S的前进方向的横向(左右方向)(参照图4的(a))上的发散。然后，该光S以对应于上述透镜面31a的宽度的状态，发射到上敷层4的内侧。接着，利用由上敷层4的内侧端缘部的第2透镜部42的透镜面42a的形状(侧剖视呈圆弧状)引起的折射作用来抑制该光S相对于光S的前进方向纵向的(上下方向)(参照图4的(b))上的发散。然后，由第2透镜部42的透镜面42a射出(参照图3)该光S。即，在发光侧，利用上述2个透镜部(第1透镜部31和第2透镜部42)的折射作用，光S在相对于光S的前进方向的横向或纵向上的发散被抑制的状态下，由上述第2透镜部42的透镜面42a射出。然后，在四边形的框状的光波导路体V的空心空间中前进。
另一方面，在光波导路体V中的受光侧的光波导路部分B中，穿过上述四边形的框状的光波导路体V的空心空间而进来的光S以与图4的(a)、(b)相反的顺序入射。即，光S自上敷层4的内端缘的第4透镜部44的透镜面44a入射，利用该第4透镜部44的透镜面44a的形状(侧剖视呈圆弧状)而引起的折射作用来使光S在相对于前进方向的纵向上进一步收拢而被聚集。然后，该光S利用受光芯3B的光入射端部的第3透镜部33的大致扇形状的形状而从宽度变宽的透镜面33a高效率地入射到第3透镜部33内。然后，利用该第3透镜部33的透镜面33a的形状(俯视呈圆弧状)而引起的折射作用来使该光S在相对于光S的前进方向的横向上进一步收拢而被聚集。即，在受光侧，利用上述2个透镜部(第4透镜部44和第3透镜部33)的折射作用来使光S在相对于光S的前进方向的横向或纵向上聚集的状态下向受光芯(3B)的内侧前进。然后，如图3所示，该光S在光波导路体V中的受光侧的光波导路部分B的受光芯3B内传送到外侧端缘部的规定部分b上，由受光元件6受光。该受光元件6将接受到的光的信息改变成信号，传递到上述控制部件7中。
如图5所示，在这样的状态下，在由上述四边形的框状的光波导路体V的连续空心空间构成的空间(三维传感器用光波导路W1的测量用空间H)中配置测量对象物M1或使测量对象物M1通过时，在上述测量用空间H中，该测量对象物M1遮挡光S的一部分。因此，用上述受光元件6(参照图3)感知该被遮挡的部分，并且利用上述控制部件7(参照图3)运算处理该感知到的信号以及向上述发光元件5(参照图3)发射的发光信号，从而能够获得上述测量用空间H中的上述测量对象物M1的三维位置、倾斜、速度、大小等信息。
该三维传感器通过使用光波导路(光波导路体V)而能够小型化，因此，例如能够用作触摸面板中检测手指的接触位置的检测部件。此时，使上述四边形的框状的三维传感器用光波导路W1围绕触摸面板的四边形的显示器的画面地沿该画面周缘部的四边形设置。然后，在用手指接触显示器的画面时，如图6所示，上述手指(测量对象物)M2的顶端从上述三维传感器用光波导路W1的测量用空间H的上端开口通过到下端开口，而且，该手指M2是长的，所以在上述三维传感器用光波导路W1的整个层的光波导路体V中遮挡射出的光S的一部分。此时，上述三维传感器判断为与显示器的画面相接触的是手指M2，并欲进行该接触位置所显示的操作等。另一方面，在显示器的画面上有灰尘、水滴等的情况下，如图5所示，该灰尘、水滴等(相当于图5所示的测量对象物M1)仅遮挡从上述三维传感器用光波导路W1的下侧层的光波导路体V射出的光S的一部分。在这样的情况下，上述三维传感器判断为手指M2(参照图6)未与显示器的画面相接触，不能进行操作等。即，能够防止由上述灰尘、水滴等带来的误动作。
特别是在该实施方式中，在发光侧形成有第1和第2透镜部31、42，所以在三维传感器用光波导路W1的测量用空间H中，光S成为以相对于前进方向的横向或纵向上的发散被抑制的状态下沿格子状前进的状态。因此，能够提高所获得的有关测量对象物M1的信息的准确性。
此外，在该实施方式中，在受光侧形成有使光S收拢而聚集的上述第3和第4透镜部33、44，因此即使在发光侧的第1和第2透镜部31、42中，不以收拢的状态射出光S，也能够提高光的传送效率，能够提高所获得的有关测量对象物M1的信息的准确性。
接着，说明在上述三维传感器中使用的三维传感器用光波导路W1的制造方法的一例。另外，该说明中参照的图7的(a)～(d)或图8的(a)～(d)图示了以在图2的(a)～(c)中所示的第1～第4透镜部31、42、33、44以及其周边部分为中心的制造方法。此外，由于上述透镜部的形状等在发光侧和受光侧相同，所以一并表示发光侧和受光侧。
首先，准备好制造上述三维传感器用光波导路W1的光波导路体V时所用的平板状的基台1(参照图7的(a))。作为该基台1的形成材料，例如可以采用玻璃、石英、硅、树脂、金属等。另外，基台1的厚度，例如设定在20μm～5mm的范围内。
接着，如图7的(a)所示，在上述基台1上的规定区域涂敷作为下敷层2的形成材料的、将感光树脂溶解在溶剂中而形成的清漆。作为上述感光树脂，例如可以列举出感光环氧树脂等。涂敷上述清漆的方法，例如可采用旋涂法、浸渍法、浇铸法、注射法、喷墨法等。然后，对其进行50～120℃×10～30分钟的加热处理，使其干燥。这样，形成作为下敷层2的感光树脂层2a。
接着，用照射线对上述感光树脂层2a进行曝光。作为上述曝光用的照射线例如可采用可见光、紫外线、红外线、X射线、α射线、β射线、γ射线等。最好采用紫外线。这是因为在采用紫外线时，通过照射较大的能量能够得到较快的固化速度，而且照射装置也小型且便宜，能够降低生产成本。作为紫外线光源例如可以采用低压水银灯、高压水银灯、超高压水银灯等。紫外线照射量通常设定在10～10000mJ/cm2的范围内。
在上述曝光后，为了结束光反应而进行加热处理。该加热处理通常在80～250℃×10秒～2小时的范围内进行。这样，使上述感光树脂层2a形成为下敷层2。下敷层2(感光树脂层2a)的厚度通常设定在1～50μm的范围内。
接着，如图7的(b)所示，在上述下敷层2的表面形成作为芯3A、3B的感光树脂层3a。该感光树脂层3a的形成与在图7的(a)中说明的形成下敷层2的感光树脂层2a的形成方法相同。另外，该芯3A、3B的形成材料，采用折射率大于上述下敷层2和后述上敷层4(参照图2的(c))的形成材料的折射率的材料。例如，可以通过对上述下敷层2、芯3A、3B、上敷层4的各个形成材料的种类进行选择、对该各形成材料的组成比例进行调整来调整该折射率。
接着，在上述感光树脂层3a的上方配置曝光掩模，该曝光掩模上形成有与芯3A、3B的图案(包括第1和第3透镜部31、33)对应的开口图案。隔着该曝光掩模，用照射线对上述感光树脂层3a进行曝光后，进行加热处理。该曝光和加热处理与在图7的(a)中说明的下敷层2的形成方法相同地进行。
接着，用显影液进行显影，如图7的(c)所示，使上述感光树脂层3a(参照7(b))中的未曝光部分溶解而将其去除，将残存在下敷层2上的感光树脂层3a形成为芯3A、3B的图案。上述显影，例如可采用浸渍法、喷射法、搅拌法等。另外，作为显影液例如可采用有机溶剂、含有碱性水溶液的有机溶剂等。根据感光树脂组合物的成分适当选择显影液和显影条件。
在上述显影后，通过加热处理去除残留在形成为芯3A、3B的图案的残存感光树脂层3a的表面等上的显影液。该加热处理，通常是在80～120℃×10～30分钟的范围内进行。这样，将形成为上述芯3A、3B的图案的残存感光树脂层3a形成为芯3A、3B(包括第1和第3透镜部31、33)。芯3A、3B(感光树脂3a)的厚度，通常设定在10～100μm的范围内，芯3A、3B的宽度(第1和第3透镜部31、33的大致扇形状的宽度扩大部以外)通常设定在8～50μm的范围内。此外，第1和第3透镜部31、33的大致扇形状的宽度扩大部的中心角度(锥角度)通常设定在5°～50°的范围内，上述第1和第3透镜部31、33的透镜面31a、33a的曲率半径设定为大于50μm且小于6000μm。
并且，如图7的(d)所示，在上述下敷层2的表面涂敷形成上敷层4的感光树脂，形成感光树脂层(未固化)4a，以覆盖该芯3A、3B。作为形成该上敷层4的感光树脂，例如可以举出与上述下敷层2相同的感光树脂。
接着，如图8的(a)所示，准备用于将上敷层4压制成形为四边形的框状的成形模20。该成形模20由可使紫外线等照射线透过的材料(例如石英)构成，形成有由与具有上述第2和第4透镜部42、44的上敷层4的表面形状相同形状的模面21构成的凹部。而且，如图8的(b)所示，将上述成形模20的模面(凹部)21相对于上述芯3A、3B定位于规定位置地用成形模20给上述感光树脂层4a加压，使该感光树脂层4a成形为上敷层4的形状。接着，在该状态下，在利用紫外线等照射线透过上述成形模20对上述感光树脂层4a进行曝光之后进行加热处理。该曝光和加热处理与以图7的(a)说明的下敷层2的形成方法同样地进行。之后，如图8的(c)所示，进行脱模。由此，获得形成有第2和第4透镜部42、44的四边形的框状的上敷层4。上敷层4的高度通常设定在50～2000μm的范围内。此外，将上述第1透镜部31的透镜面31a的曲率中心到上述第2透镜部42的透镜面42a的曲率中心的距离以及从上述第3透镜部33的透镜面33a的曲率中心到上述第4透镜部44的透镜面44a的曲率中心的距离设定为大于400μm且小于10000μm。此外，上述第2和第4透镜部42、44的透镜面42a、44a的曲率半径设定为大于300μm且小于10000μm。
这样一来，由于作为上敷层4的延长部来形成第2和第4透镜部42、44，因此在形成上敷层4的时刻，芯3A、3B的端部的第1和第3透镜部31、33和由上敷层4的延长部构成的第2和第4透镜部42、44成为被定位的状态。此外，下敷层2和上敷层4为相同的形成材料的情况下，下敷层2和上敷层4在它们的接触部分同化。
之后，如图8的(d)所示，通过采用刀模的冲切等将下敷层2等与基台1一起切断成四边形的框状。这样，在基台1的表面制造由上述下敷层2、芯3A、3B和上敷层4(包括第2和第4透镜部42、44)构成的四边形的框状的光波导路体V。该光波导路体V的厚度通常设定为500～5000μm的范围内。然后，将该光波导路体V从上述基台1剥离下来(参照图2的(c))。
而且，如图1所示，将上述光波导路体V沿其厚度方向同轴层叠多层。在该实施方式中，对齐上述光波导路体V的框而进行层叠。此外，在进行层叠时，在上侧的框状的光波导路体V的下表面或下侧的框状的光波导路体V的上表面上涂敷粘接剂。这样，制造出上述三维传感器用光波导路W1。
接着，说明使用上述三维传感器用光波导路W1的三维传感器的制造方法。即，如图3所示，在上述四边形的框状的各光波导路体V中，在发光侧的光波导路部分A的外侧端缘部的规定部分a上连接发光元件5，在受光侧的光波导路部分B的外侧端缘部的规定部分b上连接有受光元件6。此外，上述发光元件5和受光元件6与控制部件7电连接。这样，制造上述三维传感器。
图9是表示本发明的三维传感器用光波导路的第2实施方式的俯视图。该实施方式的三维传感器用光波导路W2与上述第1实施方式的三维传感器用光波导路W1(参照图1)不同的是处于层叠状态的光波导路体V以规定轴线为中心线，被定位成使框相互错位的状态。除此之外的部分与上述第1实施方式相同，相同的部分标注相同的附图标记。
在使用了该实施方式的三维传感器用光波导路W2的三维传感器中，由于光波导路体V的层叠位置(高度位置)不同，射出的光的方向不同。因此，能够利用通过改变高度位置来改变角度地测量测量对象物。由此，能够获得测量对象物的大致形状。
在上述各实施方式中，因为三维传感器用光波导路W1、W2使用光波导路(光波导路体V)，所以能够小型化。此外，只要发光侧和受光侧能够进行光传送即可，其大小没有上限。测量对象物M1的大小只要对应于其移动范围等地适当地设定即可。例如，如上述第1实施方式那样，在将三维传感器用光波导路W1设置在触摸面板的显示器上时，四边形的框状的光波导路体V的纵向和横向的长度分别设定在30～300mm左右，框宽设定在1mm～30mm左右，此外，上述光波导路体V的层叠数设定为2层以上，三维传感器用光波导路W1的总厚度设定为1mm以上。
此外，发光芯3A(受光芯3B)的数量也只要对应于测量对象物M1的大小、其移动范围等地适当地设定即可。例如，如上述第1实施方式那样，在将三维传感器用光波导路W1设置在触摸面板的显示器上的情况下，发光芯3A的数量在各光波导路体V上设定为20～100根左右。
另外，在上述实施方式中，处于层叠状态的光波导路体V是相接触的，但也可以借助隔离件等隔开间隔地进行层叠。该间隔也只要对应于测量对象物M1的大小、其移动范围等地适当地设定即可。
此外，在上述各实施方式中，将光波导路体V做成了四边形的框状，但也可以将构成该四边形的框状的光波导路体V的2个L字形光波导路A、B相互独立的部件。作为其制造方法，也可以代替切断成上述四边形的框状而切断成2个L字形。此外，上述光波导路体V的框状的形状不仅可以是四边形，还可以是其它的多边形，也可以是圆形。
而且，在上述各实施方式中，将芯3A、3B的端部的第1和第3透镜部31、33形成为大致扇形状，但作为三维传感器只要在发光侧和受光侧之间适当地进行光传送即可，也可以将上述第1和第3透镜部31、33形成为均匀的宽度。
此外，在受光侧也可以不形成上述第3和第4透镜部33、44(参照图2的(a)～(c))，使受光侧的芯3B的光入射端面自上敷层4的内侧面露出。此时，从提高光传送效率的观点出发，优选光以聚集的状态入射到受光侧的芯3B的光入射端面，以光收拢的状态自发光侧的第1和第2透镜部31、42射出。相反地，也可以不形成发光侧的上述第1和第2透镜部31、42而形成受光侧的上述第3和第4透镜部33、44的状态。此时，使发光侧的芯3A的光射出端面自上敷层4的内侧面露出。
而且，作为三维传感器只要在发光侧和受光侧之间适当地进行光传送即可，也可以不形成上述第1～第4透镜部31、42、33、44。此时，使发光侧的芯3A的光射出端面和受光侧的芯3B的光入射端面自上敷层4的内侧面露出。
另外，在上述各实施方式中，使用感光树脂形成了下敷层2，但也可以替代感光树脂准备作为下敷层2而发挥作用的树脂薄膜，将树脂薄膜直接作为下敷层2来使用。也可以替代下敷层2，用金属薄膜(金属材料)、在表面形成有金属薄膜(金属材料)的基板等用作将芯3A、3B形成在其表面上的基体。
在上述各实施方式中，将光波导路体V从上述基台1上剥离下来而层叠，但也可以不进行剥离而以形成在基台1的表面上的状态层叠。
接着，说明实施例。但是，本发明不限于实施例。
实施例
下敷层和上敷层的形成材料
通过将下述通式(1)所示的双苯氧乙醇芴基缩水甘油醚(成分A)：35重量份、脂环式环氧树脂即3′，4′-环氧环己基甲基3，4-环氧己烯羧酸酯(大赛璐化学工业公司制造，CELLOXIDE2021P)(成分B)：40重量份、(3′，4′-环氧环己烷)甲基3′，4′-环氧环己基羧酸酯(大赛璐化学工业公司制造，CELLOXIDE2081)(成分C)：25重量份、和4，4′-双[二(β羟基乙氧基)苯基亚硫酸基]苯基硫酸-双-六氟锑酸盐的50％碳酸丙二酯溶液(成分D)：2重量份混合，调制成下敷层和上敷层的形成材料。
【化学式1】
Figure G2009101606728D00171
(式中，R1～R6全部是氢原子，n＝1)
芯的形成材料
将70重量份的上述成分A、30重量份的1，3，3-三{4-[2-(3-氧杂环丁烷)]丁氧基苯基}丁烷、和1重量份的上述成分D，溶解到28重量份的乳酸乙烷中，调制成芯的形成材料。
三维传感器用光波导路的制作
利用涂敷器在聚萘二甲酸乙二酯(PEN)薄膜(160mm×160mm×188μm(厚度))的表面上涂布上述下敷层的形成材料后，用2000mJ/cm2的紫外线照射进行曝光。接下来，通过进行100℃×15分钟的加热处理，形成了下敷层。用接触式膜厚计测量该下敷层的厚度为20μm。另外，该下敷层的波长830nm的折射率为1.502。
接着，利用涂敷器在上述下敷层的表面涂布上述芯的形成材料，进行了100℃×15分钟的干燥处理。接着，在其上方借助形成有与芯的图案(包括第1和第3透镜部)相同形状的开口图案的合成石英系的铬掩模(曝光掩模)，利用接近式曝光法用4000mJ/cm2的紫外线照射进行曝光后，进行了80℃×15分钟的加热处理。接着，通过使用γ-丁内酯水溶液进行显影，溶解去除未曝光部分之后，通过进行120℃×30分钟的加热处理，形成了芯。芯端部的第1和第3透镜部形成大致扇形状，中心角度7°、透镜面的曲率半径160μm、长度是2460μm。此外，芯的厚度是50μm，宽度(第1和第3透镜部的大致扇形状的宽度扩大部以外)是15μm。上述各尺寸用SEM(扫描电子显微镜)测量。另外，该芯的波长830nm的折射率为1.588。
然后，利用涂敷器在上述下敷层的表面覆盖芯地涂布上敷层的形成材料。接着，与第2和第4透镜部的透镜面的曲率半径(1500μm)相对应地准备了形成上敷层用的石英制成形模。上述成形模形成了具有与上敷层的表面形状(包括第2和第4透镜部)相同形状的模面的凹部。而且，将从上述第1透镜部的透镜面的曲率中心到第2透镜部的透镜面的曲率中心的距离以及从第3透镜部的透镜面的曲率中心到第4透镜部的透镜面的曲率中心的距离设定为2800μm，用上述成形模对上敷层材料加压。然后，透过上述成形模，由2000mJ/cm2的紫外线照射进行了曝光后，进行120℃×15分钟的加热处理。之后，进行了脱模。由此，获得了包括第2和第4透镜部的上敷层。用显微镜(KEYENCE CORPORATION制)测量该上敷层的高度，其高度为1.5mm。该上敷层的波长830nm的折射率为1.502。
然后，通过采用刀模的冲切，与上述PEN薄膜一起将获得的构造体切断成2个L字形光波导路部分，从而得到2个(带有四边形的框状的PEN薄膜的光波导路体)带有PEN薄膜的L字形光波导路部分(外形尺寸：66.3mm×70.0mm、L字形的线宽度：10mm)。
将所得到的2个带有PEN薄膜的L字形光波导路部分与玻璃环氧基板的表面相面对地形成四边形的框状地配置。然后，用显微镜进行了对位，使得相面对的发光侧的芯与受光侧的芯的光轴重合。同样地，借助粘接剂层叠3层上述带有PEN薄膜的L字形光波导路部分。在该状态下，用紫外线固化型粘接剂连结固定于玻璃环氧基板的表面。该接触面作为最下位的光波导路体的PEN薄膜。这样，制作了3层构造的三维传感器用光波导路。
三维传感器的制作
然后，在三维传感器用光波导路的各层中，在发光侧的L字形光波导路部分的外侧端缘部的规定部分连结发光元件(VCSEL)，在受光侧的L字形光波导路部分的外侧端缘部的规定部分连结受光元件(CMOS线性传感器阵列)。而且，将上述发光元件和受光元件与微处理器电连接。这样，制作了三维传感器。
评价
能够确认如下：使各发光元件发出强度1.5mW的光(波长850nm)后用各受光元件能够检测到该光。而且，在自上述3层构造的三维传感器用光波导路的测量用空间的上端开口伸入手指尖，到达上述玻璃环氧基板的表面时，在3层所有的光波导路体中，射出的光的一部分被遮挡。此外，若水滴滴下到上述玻璃环氧基板的表面，在最下层的光波导路体中，射出的光的一部分被遮挡。此外，若在上述玻璃环氧基板的表面上载置泡沫苯乙烯片(直径3mm)，则在最下2层的光波导路体中，射出的光的一部分被遮挡。
从上述结果可知，若作为触摸面板的手指的接触位置的检测部件使用上述三维传感器，能够判断实施中手指是否接触，能够防止由水滴、灰尘(泡沫苯乙烯片)等造成的误动作。

Claims (6)

1.一种三维传感器用光波导路，包括沿厚度方向同轴层叠的多层框状光波导路体和由层叠的光波导路体的内侧空间构成的测量用空间，
其特征在于，
上述各光波导路体包括发光芯、受光芯、覆盖这些芯的上敷层，
上述发光芯具有定位于各框状光波导路体的相对内侧边缘中的一方内侧边缘的光射出端部和定位于各框状光波导路体的外侧边缘的光入射端部，
上述受光芯具有定位于各框状光波导路体的相对内侧边缘中的另一方内侧边缘的光入射端部和定位于各框状光波导路体的外侧边缘的光射出端部，
在上述光波导路体中，发光芯的光射出端部形成为第1透镜部，该第1透镜部的透镜面形成为朝向外侧鼓起的俯视呈圆弧状，上述上敷层的端缘形成为覆盖上述第1透镜部的透镜面的状态，该上敷层的发光侧端部形成为第2透镜部，该第2透镜部的透镜面形成为朝向外侧鼓起的侧剖视呈圆弧状。
2.根据权利要求1所述的三维传感器用光波导路，在上述光波导路体中，受光芯的光入射端部形成为第3透镜部，该第3透镜部的透镜面形成为朝向外侧鼓起的俯视呈圆弧状，上述上敷层的另一端缘形成为覆盖上述第3透镜部的透镜面的状态，该上敷层的受光侧端部形成为第4透镜部，该第4透镜部的透镜面形成为朝向外侧鼓起的侧剖视呈圆弧状。
3.根据权利要求1或2所述的三维传感器用光波导路，处于层叠状态的光波导路体被定位成使框以规定轴线为中心线相互错开的状态。
4.根据权利要求1或2所述的三维传感器用光波导路，上述芯形成在由下敷层材料或金属材料构成的基体的表面的规定部分上，上述上敷层以覆盖上述芯的状态形成在上述基体表面上。
5.根据权利要求3所述的三维传感器用光波导路，上述芯形成在由下敷层材料或金属材料构成的基体的表面的规定部分上，上述上敷层以覆盖上述芯的状态形成在上述基体表面上。
6.一种三维传感器，其特征在于，
包括：
上述权利要求1～5中任一项所述的三维传感器用光波导路；
控制部件；
发光元件，其与上述发光芯的光入射端部相关联地设于上述框状光波导路体的外侧部、且向上述发光芯射出光；
受光元件，其与上述受光芯的光射出端部相关联地设于上述框状光波导路体的外侧部、且自上述受光芯接受光；
上述控制部件与上述发光元件和受光元件电连接，控制自上述发光元件发出的光，且运算处理从上述受光元件接受到的信号。
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