CN106575016B

CN106575016B - 光波导路和使用该光波导路的位置传感器

Info

Publication number: CN106575016B
Application number: CN201580038382.XA
Authority: CN
Inventors: 吉冈良真; 清水裕介; 柴田直树
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2019-08-30
Anticipated expiration: 2035-07-17
Also published as: CN106575016A; TWI673526B; TW201606368A; WO2016017443A1; US20170160873A1; JP6384860B2; JP2016033592A; KR20170039124A; US10101855B2; KR102452784B1

Abstract

本发明提供一种光波导路和使用了该光波导路的位置传感器。其中，进一步降低了如下情况的交叉损失：在格子状的芯中，芯的交叉部成为交叉的两个方向的芯中的一个芯被另一个芯分割开的状态，在进行分割的另一个芯与被分割的一个芯的分割侧的端部之间分别形成有间隙。该位置传感器的光波导路(W)具有格子状的芯(2)，该格子状的芯(2)的交叉部成为交叉的两个方向的芯(2)中的一个芯(2a)被另一个芯(2b)分割开的状态，在进行分割的另一个芯(2b)与被分割的一个芯(2a)的分割侧的端部之间分别形成有间隙(G)，上述被分割的一个芯的分割侧的端部的宽度设定得比进行分割的另一个芯的宽度大。

Description

光波导路和使用该光波导路的位置传感器

技术领域

本发明涉及光波导路和使用该光波导路的、对按压位置进行光学检测的位置传感器。

背景技术

本申请人此前提出有对按压位置进行光学检测的位置传感器(参照例如专利文献1)。该位置传感器包括：片状的光波导路，其是将成为光路的多个线状的芯形成为格子状、用两层片状的包层夹持该格子状的芯而成的；发光元件，其使光向上述格子状的芯传播；受光元件，其接受该传播过来的光。并且，若用笔尖等按压上述位置传感器自身的与上述格子状的芯相对应的表面部分，则该按压部分的芯变形，上述受光元件对来自该按压部分的芯的光的检测水平降低，因此，能够检测上述按压位置。此外，如图7所示，上述格子状的芯的交叉部成为芯12连续的连续交叉。

另一方面，在具有交叉的芯的光波导路中，提出了如下方案：如图8所示，通过将交叉部设为不连续交叉，使交叉损失(交叉部处的光传播损耗)降低(参照例如专利文献2)。即、上述不连续交叉成为交叉的两个方向的芯22中的一个芯(图8中的横向的芯)22a被另一个芯(图8中的纵向的芯)22b分割开的状态，在进行分割的另一个芯22b与被分割的一个芯22a的分割侧的端部之间分别形成有间隙G。并且，在被分割的一个芯22a中，产生从上述间隙G泄漏的光，因此，虽然该被分割的一个芯22a处的交叉损失增加，但进行分割的另一个芯22b既没有分割部位也没有连续交叉部位，是直线状的芯22，因此，交叉损失为0(零)。因此，若将交叉的两个方向的芯22a、22b中的交叉损失合计，则该交叉损失被降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5513656号公报

专利文献2：日本特开平3－287206号公报

发明内容

发明要解决的问题

若上述位置传感器的格子状的芯12的交叉部采用上述不连续交叉，则即使是该位置传感器，进行分割的另一个芯处的交叉损失也为0(零)，但被分割的一个芯处的交叉损失增加。因此，期望的是，该被分割的一个芯处的交叉损失进一步降低，交叉的两个方向的合计的交叉损失也进一步降低。

本发明是鉴于这样的情况做成的，其目的在于提供一种进一步降低了如下情况的交叉损失的光波导路和使用了该光波导路的位置传感器：在格子状的芯中，芯的交叉部成为交叉的两个方向的芯中的一个芯被另一个芯分割开的状态，在进行分割的另一个芯与被分割的一个芯的分割侧的端部之间分别形成有间隙。

用于解决问题的方案

为了达成上述的目的，本发明的第1主旨在于一种光波导路，其是片状的光波导路，其包括：多个线状的芯，其形成为格子状；两层片状的包层，其夹持该格子状的芯，在上述格子状的交叉部处成为交叉的两个方向的芯中的一个芯被另一个芯分割开的状态，在进行分割的另一个芯与被分割的一个芯的分割侧的端部之间分别形成有间隙，上述被分割的一个芯的分割侧的端部的宽度设定得比进行分割的另一个芯的宽度大。

另外，本发明的第2主旨在于一种位置传感器，其包括：片状的光波导路，其是用两层片状的包层夹持呈格子状形成的多个线状的芯而成的；发光元件，其与上述芯的一端面连接；受光元件，其与上述芯的另一端面连接，其中，在上述格子状的交叉部处成为交叉的两个方向的芯中的一个芯被另一个芯分割开的状态，在进行分割的另一个芯与被分割的一个芯的分割侧的端部之间分别形成有间隙，上述被分割的一个芯的分割侧的端部的宽度设定得比进行分割的另一个芯的宽度大，由上述发光元件发出的光经由上述光波导路的芯而由上述受光元件接受，将该位置传感器自身的与上述格子状的芯部分相对应的表面部分设为输入区域，通过由于进行按压而变化了的芯的光传播量来确定该输入区域中的按压位置。

本发明人等为了进一步降低如下情况的交叉损失，着眼于交叉的芯的宽度，反复进行了研究：在格子状的芯中，芯的交叉部成为交叉的两个方向的芯中的一个芯被另一个芯分割开的状态，在进行分割的另一个芯与被分割的一个芯的分割侧的端部之间分别形成有间隙。其结果，在现有技术中发现如下内容，以至于获得了本发明：相对于交叉的两个方向的芯的宽度是相同的情况，若将被分割的一个芯的宽度设定得比进行分割的另一个芯的宽度大，则能够进一步降低格子状的芯中的交叉损失。

即、一般而言，在芯中传播的光一边向侧壁等内壁反射一边传播，因此，芯的宽度越大，由芯的侧壁反射的次数(照射到侧壁的次数)减少。因此，若被分割的一个芯的宽度较大，则光到达分割部位(不连续交叉部位)的概率减少，光从该分割部位向侧方泄漏的概率减少。由此，若增大被分割的一个芯的宽度，则该芯中的交叉损失降低。

另外，一般而言，若芯被分割，则该被分割的部位的长度越短，在该芯中传播的光从分割部位向外侧泄漏的概率减少。因此，如本发明这样，若将被分割的一个芯的宽度设定得比进行分割的另一个芯的宽度大，则进行分割的另一个芯的宽度相对地变窄。因此，在被分割的一个芯中，分割部位的长度变短，因此，光从该分割部位向外侧泄漏的概率减少，交叉损失降低。此外，进行分割的另一个芯既没有分割部位也没有连续交叉部位，是直线状的芯，因此，交叉损失为0(零)。

发明的效果

本发明的光波导路具有格子状的芯，在该交叉部处成为交叉的两个方向的芯中的一个芯被另一个芯分割开的状态，在进行分割的另一个芯与被分割的一个芯的分割侧的端部之间分别形成有间隙，上述被分割的一个芯的分割侧的端部的宽度设定得比进行分割的另一个芯的宽度大。由此，在被分割的一个芯中，光由侧壁反射的次数(照射到侧壁的次数)减少，另外，分割部位的长度变短，因此，光从分割部位泄漏的概率减少，交叉损失降低。另外，进行分割的另一个芯既没有分割部位也没有连续交叉部位，是直线状的芯，因此，交叉损失为0(零)。因此，对于本发明的光波导路，若将交叉的两个方向的芯中的交叉损失合计，则能够使上述格子状的芯中的交叉损失进一步降低。

并且，本发明的位置传感器具有上述本发明的光波导路，因此，格子状的芯中的交叉损失降低，能够提高按压位置的检测灵敏度。

尤其是，在上述被分割的一个芯的分割侧的端部的宽度被设定成进行分割的另一个芯的宽度的50倍以下的情况下，能够将芯的宽度设定成对于位置传感器来说更适当的值。

附图说明

图1的(a)是示意性地表示本发明的位置传感器的一实施方式的俯视图，图1的(b)是将该位置传感器中的格子状的芯的交叉部放大而示意性地表示的放大俯视图。

图2是示意性地表示格子状的芯中的、被分割开的芯处的光的传播方法的说明图，图2的(a)是本发明的说明图，图2的(b)是以往的说明图。

图3是示意性地表示格子状的芯的不连续交叉部中的光的行进路线的说明图，图3的(a)是本发明的说明图，图3的(b)是以往的说明图。

图4是将本发明的光波导路的一实施方式的中央部的截面放大而示意性地表示的放大剖视图。

图5的(a)、(b)是示意性地表示上述格子状的芯的交叉部的变形例的放大俯视图。

图6是示意性地表示上述光波导路的变形例的主要部分放大剖视图。

图7是示意性地表示以往的光波导路中的芯的连续交叉的俯视图。

图8是示意性地表示以往的光波导路中的芯的不连续交叉的俯视图。

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的(a)是表示本发明的位置传感器的一实施方式的俯视图。该实施方式的位置传感器包括：四边形片状的光波导路W，其具有形成为格子状的线状的芯2；发光元件4，其与构成上述形成为格子状的线状的芯2的一端面连接；以及受光元件5，其与上述线状的芯2的另一端面连接。并且，从上述发光元件4发出的光在上述芯2中穿过并由上述受光元件5接受。此外，在图1的(a)中，以虚线表示芯2，虚线的粗细表示芯2的粗细。另外，在图1的(a)中，省略了芯2的数量地进行图示。并且，图1的(a)的箭头表示光的行进方向。

上述光波导路W是本发明的光波导路的一实施方式，如在图1的(b)中以俯视图所示，上述格子状的芯2的各交叉部成为交叉的两个方向(横向和纵向)的芯2中的一个芯〔图1的(b)中的横向的芯〕2a被另一个芯〔图1的(b)中的纵向的芯〕2b分割开的状态，成为在进行分割的另一个芯2b与被分割的一个芯2a的分割侧的端部之间分别形成有间隙G的不连续交叉。并且，被分割的一个芯2a的宽度(X)设定得比进行分割的另一个芯2b的宽度(Y)大〔1＜(X/Y)〕。这是本发明的重要的特征之一。在该实施方式中，交叉的两个方向的芯2a、2b被设定成恒定的宽度(X、Y)。此外，上述间隙G的宽度d超过0(零)(只要形成有间隙G即可)，通常设定成50μm以下，优选是20μm以下。

像上述特征那样，成为交叉的一个芯2a被另一个芯2b分割开的状态，对于在进行分割的另一个芯2b与被分割的一个芯2a的分割侧的端部之间分别形成有间隙G的不连续交叉，若将被分割的一个芯2a的宽度(X)设定得比进行分割的另一个芯2b的宽度(Y)大〔1＜(X/Y)〕，则能够使格子状的芯2中的交叉损失进一步降低。

即、一般而言，在芯2中传播的光一边向侧壁等内壁反射一边传播，芯2的宽度越大，由芯2的侧壁反射的次数(照射到侧壁的次数)减少。因此，若将进行分割的另一个芯〔图2的(a)、(b)中是纵向的芯〕2b、22b的宽度设为相同而对如上述特征那样设定了芯2a、2b的图2的(a)、与相对于此、如之前所述的现有技术(参照图8)那样交叉的两个方向的芯22a、22b都设定成相同的宽度的图2的(b)进行比较，则在被分割的一个芯2a的宽度(X)较大的图2的(a)中，光由芯2a的侧壁反射的次数(照射到侧壁的次数)较少，因此，光到达分割部位(不连续交叉部位)的概率较低，光从该分割部位向侧方泄漏的概率较低〔参照图2的(a)的单点划线的箭头〕。相对于此，在图2的(b)中，被分割的一个芯22a的宽度(X)较小，光由芯22a的侧壁反射的次数(照射到侧壁的次数)较多，因此，光到达分割部位的概率较高，光从该分割部位向侧方泄漏的概率较高〔参照图2的(b)的单点划线的箭头〕。由此，对于被分割的一个芯2a、22a处的交叉损失，该芯宽度(X)较大的图2的(a)的被分割的一个芯2a处的交叉损失变小。

另外，一般而言，若芯2被分割，该被分割的部位的长度越短，在该芯2中传播的光从分割部位向外侧泄漏的概率减少。因此，若将被分割的一个芯〔图3的(a)、(b)中是横向的芯〕2a、22a的宽度设为相同而对如上述特征那样设定了芯2a、2b的图3的(a)、与相对于此、如之前所述的现有技术(参照图8)那样交叉的两个方向的芯22a、22b都设定成相同的宽度的图3的(b)进行比较，则在图3的(a)中，进行分割的另一个芯2b的宽度(Y)较小、且分割部位的长度L较短，因此，光从该分割部位向外侧泄漏的概率较低〔参照图3的(a)的单点划线的箭头〕。相对于此，在图3的(b)中，进行分割的另一个芯22b的宽度(Y)较大、分割部位的长度L较长，因此，光从该分割部位向外侧泄漏的概率较高〔参照图3的(b)的单点划线的箭头〕。由此，对于被分割的一个芯2a、22a处的交叉损失，该分割部位的长度L较短的图3的(a)的被分割的一个芯2a处的交叉损失变小。

并且，进行分割的另一个芯2b既没有分割部位也没有连续交叉部位，是直线状的芯2，因此，交叉损失为0(零)。由此，在具有上述特征的格子状的芯2中，若将交叉的两个方向的芯2a、2b中的交叉损失合计，则该格子状的芯2中的交叉损失如之前所述那样变得非常小。

另外，在该实施方式中，如图4中以剖视图所示，在上述片状的光波导路W中，在片状的下包层1的表面部分埋设有格子状的芯2，上述下包层1的表面与芯2的顶面平齐地形成，以包覆了这些下包层1的表面和芯2的顶面的状态形成有片状的上包层3。并且，在该实施方式中，上述芯2a的分割部位中的间隙G由下包层1的形成材料形成。另外，在上述那样的构造的光波导路W的情况下，对于各层的厚度，例如，下包层1设定于10μm～500μm的范围内，芯2设定于5μm～100μm的范围内，上包层3设定于1μm～200μm的范围内。

并且，在使用了上述片状的光波导路W的所述位置传感器中，上包层3的与格子状的芯2的部分相对应的表面部分成为输入区域。文字等向该位置传感器的输入通过由笔等输入体在上述输入区域直接、或者隔着树脂膜、纸等书写文字等来进行。此时，上述输入区域被笔尖等按压，该按压部分的芯2变形，该芯2的光传播量降低。因此，在芯2的位于上述按压部分的部分中，上述受光元件5对光的检测水平降低，因此，能够检测上述按压位置。

而且，在上述位置传感器中，格子状的芯2中的交叉损失变得非常小，因此，在芯2的除了上述按压部分以外的部分中，上述受光元件5对光的检测水平并不怎么降低。因此，在按压部分和除了按压部分以外的部分，上述受光元件5对光的检测水平之差变大，能够明确地检测笔尖等的按压位置。另外，即使上述输入之际的笔压较低等而由该按压引起的上述检测水平的降低量较少，也明确地显现与除了该按压部分以外的部分的上述检测水平之间的差异，能够可靠地检测该按压位置。这样，上述位置传感器的按压位置的检测灵敏度变高。

尤其是，在上述位置传感器中，芯2的与上述受光元件5连接的部分需要根据该受光元件5的尺寸缩小宽度地形成，以便可与该受光元件5连接。在该情况下，产生宽度缩小损失(由芯宽度缩小导致的光传播损耗)，芯宽度的缩小率越大，该宽度缩小损失越大。另一方面，如之前所述那样，为了缩小交叉损失，将被分割的一个芯2a的宽度(X)设定得比进行分割的另一个芯2b的宽度(Y)大〔1＜(X/Y)〕，若该被分割的一个芯2a的宽度(X)较大，则虽然交叉损失变小，但上述宽度缩小损失变大。因此，在上述位置传感器中，出于在宽度缩小损失并不那么大的范围内尽可能缩小交叉损失的观点考虑，优选将被分割的一个芯2a的宽度(X)设定成进行分割的另一个芯2b的宽度(Y)的50倍以下〔1＜(X/Y)≤50〕。

在此，优选芯2的弹性模量设定得比下包层1和上包层3的弹性模量大。其理由在于，若弹性模量的设定与此相反，则芯2的周边变硬，因此，存在如下倾向：光波导路W的比按压上包层3的输入区域的部分的笔尖等的面积相当大的面积的部分凹陷，难以准确地检测按压位置。因此，作为各弹性模量，例如，优选芯2的弹性模量设定于1Gpa以上、10Gpa以下的范围内，上包层3的弹性模量设定于0.1Gpa以上、小于10Gpa的范围内，下包层1的弹性模量设定于0.1Mpa以上、1Gpa以下的范围内。在该情况下，芯2的弹性模量较大，因此，在较小的按压力下，芯2虽然没有压扁(芯2的截面积不会变小)，光波导路W由于按压而凹陷，因此，从芯2的与该凹陷部分相对应的弯曲的部分产生光的泄漏(散射)，在该芯2中，受光元件5(参照图1的(a))对光的检测水平降低，因此，能够检测按压位置。

作为上述下包层1、芯2以及上包层3的形成材料，可列举出感光性树脂、热硬化性树脂等，利用与该形成材料相应的制造方法，能够制作光波导路W。另外，上述芯2的折射率设定得比上述下包层1和上包层3的折射率大。并且，能够对例如各形成材料的种类的选择、组成比率进行调整来进行上述弹性模量和折射率的调整。此外，作为上述下包层1，也可以使用橡胶片，在该橡胶片上呈格子状形成芯2。

此外，在上述实施方式中，交叉的两个方向的芯2a、2b设定成恒定宽度(X，Y)，但如图5的(a)、(b)所示，被分割的一个芯2a也可以不是恒定宽度。即、在图5的(a)中，被分割的一个芯2a的分割侧的端部被设定成恒定的宽度(X)，该端部的宽度(X)设定得比进行分割的另一个芯2b的宽度(Y)大〔1＜(X/Y)〕，该芯2a的除了恒定宽度(X)的端部以外的部分设定成比该恒定宽度(X)小的宽度。另一方面，在图5的(b)中，被分割的一个芯2a的分割侧的端面的宽度(X)设定得比进行分割的另一个芯2b的宽度(Y)大〔1＜(X/Y)〕，芯2a的端部的除了该端面以外的部分被设定成宽度随着远离进行分割的另一个芯2b而逐渐变小。即使如此，也能够与上述实施方式同样地使格子状的芯2中的交叉损失进一步降低。

另外，在上述实施方式中，光波导路W的截面构造是为图4所示的构造，也可以是其他构造，也可以设为如下构造：例如，如在图6以剖视图所示，芯2以突出了的状态在均匀厚度的片状的下包层1的表面形成为预定图案，以包覆了该芯2的状态在上述下包层1的表面形成有上包层3。在该构造中，上述芯2a的分割部位中的间隙G由上包层3的形成材料形成。

而且，在上述实施方式中，将格子状的芯2的各交叉部设为图1的(b)所示的上述不连续交叉，但也可以将一部分的交叉部设为连续交叉。

接着，与比较例一起说明实施例。但是，本发明并不限定于实施例。

实施例

〔下包层和上包层的形成材料〕

成分a：环氧树脂(三菱化学株式会社制、YL7410)75重量份。

成分b：环氧树脂(三菱化学株式会社制、JER1007)25重量份。

成分c：光酸产生剂(三亚浦路(日文：サンアプロ)株式会社制、CPI101A)2重量份。

通过将这些成分a～c混合，制备了下包层和上包层的形成材料。

〔芯的形成材料〕

成分d：环氧树脂(大赛璐株式会社制、EHPE3150)75重量份。

成分e：环氧树脂(东都化成株式会社制、KI－3000－4)25重量份。

成分f：光酸产生剂(株式会社艾迪科制、SP170)1重量份。

成分g：乳酸乙基(和光纯药工业株式会社制、溶剂)50重量份。

通过将这些成分d～g混合，制备了芯的形成材料。

〔光波导路的制作〕

首先，使用上述上包层的形成材料并利用旋涂法在玻璃制基材的表面形成了上包层。该上包层的厚度为25μm。弹性模量是3Mpa。此外，弹性模量的测定使用了粘弹性测定装置(日本TA仪器社制、RSA3)。

接下来，使用上述芯的形成材料并利用光刻法在上述上包层的表面形成了格子状的芯。在实施例1～8和比较例1、2中，该格子状的芯的各交叉部设为横向的芯被纵向的芯分割、在纵向的芯与横向的芯的分割侧的端部之间分别形成有间隙的不连续交叉〔参照图1的(b)〕，在比较例3中，该格子状的芯的各交叉部设为芯没有被分割的连续交叉(参照图7)。并且，横向的芯的宽度(X)、纵向的芯的宽度(Y)、横向的芯的分割部位中的上述间隙的宽度(d)设为下述的表1所示的值。另外，上述芯的厚度是30μm，上述横向的芯的根数是350根，纵向的芯的根数是495根，间距是600μm。弹性模量是3Gpa。

接着，以包覆上述芯的方式，使用上述下包层的形成材料并利用旋涂法在上述上包层的上表面形成了下包层。该下包层的厚度设为300μm。弹性模量为3Mpa。

并且，将上述上包层从上述玻璃制基材剥离下来。接下来，借助粘接剂在铝板的表面粘接了上述下包层。这样一来，在铝板的表面借助粘接剂制作了实施例和比较例的光波导路。

〔交叉损失的计算〕

使从VCSEL(三喜株式会社制、OP250)发出的光(波长850nm)在上述格子状的芯中穿过，由多功能光功率计(optical multi power meter，爱德万株式会社制、Q8221)接受，对该受光强度(B)进行了测定。该受光强度(B)分别针对横向的芯和纵向的芯进行了测定。另外，与此同样地，将从上述VCSEL发出的光在直线状的芯中穿过，利用上述多功能光功率计接受，对该受光强度(C)进行了测定。而且，利用上述多功能光功率计对上述VCSEL的发光强度(A)进行了测定。并且，利用下述的式(1)计算出交叉损失(D)。另外，计算出横向的交叉损失和纵向的交叉损失的合计。将它们的结果表示在下述的表1中。

[式1]

D＝-10log₁₀(B/A)+10log₁₀(C/A)···(1)

[表1]

根据上述表1的结果可知：若对间隙(d)均是10μm的上述实施例1、2、5～8和比较例1、2进行比较，则存在被分割的横向的芯的宽度(X)与进行分割的纵向的芯的宽度(Y)之比(X/Y)越大、交叉损失变小的倾向。尤其是，可知：在上述比(X/Y)大于1的上述实施例1～8中，交叉损失更小。另外，可知：连续交叉的比较例3的交叉损失较大。

另外，在上述实施例中，即使将格子状的交叉部的一部分设为连续交叉，也获得了呈现与上述实施例同样的倾向的结果。

在上述实施例中，示出了本发明的具体的方式，但上述实施例只不过是例示，并非限定性解释。意在本领域技术人员清楚的各种变形处于本发明的范围内。

产业上的可利用性

本发明的光波导路和使用了该光波导路的位置传感器可利用于使格子状的芯中的交叉损失进一步降低的情况。

附图标记说明

G、间隙；W、光波导路；2、2a、2b、芯。

Claims

1.一种光波导路，其是片状的光波导路，其包括：

多个线状的芯，其形成为格子状；

两层片状的包层，其夹持该格子状的芯，

该光波导路的特征在于，

在上述格子状的交叉部处成为交叉的两个方向的芯中的一个芯被另一个芯分割开的状态，在进行分割的另一个芯与被分割的一个芯的分割侧的端部之间分别形成有间隙，

上述被分割的一个芯的分割侧的端部的宽度X比进行分割的另一个芯的宽度Y大，且X与Y的比(X/Y)设定为2以上50以下。

2.一种位置传感器，其包括：

片状的光波导路，其是用两层片状的包层夹持呈格子状形成的多个线状的芯而成的；

发光元件，其与上述芯的一端面连接；

受光元件，其与上述芯的另一端面连接，

该位置传感器的特征在于，

上述被分割的一个芯的分割侧的端部的宽度X比进行分割的另一个芯的宽度Y大，且X与Y的比(X/Y)设定为2以上50以下，

由上述发光元件发出的光经由上述光波导路的芯而由上述受光元件接受，将该位置传感器自身的与上述格子状的芯部分相对应的表面部分设为输入区域，根据由于进行按压而变化了的芯的光传播量确定该输入区域中的按压位置。