JP2015099580A5

JP2015099580A5 -

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Publication number: JP2015099580A5
Application number: JP2014101372A
Authority: JP
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2016-03-24

Description

上記の目的を達成するため、本発明は、格子状部分と、この格子状部分から延設されてその格子状部分の外周に沿うよう曲げられた状態で配置された外周部分とにパターン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状態で、シート状の光導波路を作製した後、上記外周部分のコアの端面に光素子を接続する位置センサの製法であって、上記光導波路の作製が、第１クラッド層を形成する工程と、この第１クラッド層の表面に、コア形成用の第１の感光性樹脂層を形成する工程と、このコア形成用の第１の感光性樹脂層に対して所定パターンの露光を施し、上記格子状部分に対応する領域では、上記露光により硬化させた部分を光路用のコアに形成し、上記外周部分に対応する領域では、上記露光により硬化させた部分を光路用のコアおよび非光路用のダミーコアに形成する工程と、上記露光後、上記コア形成用の第１の感光性樹脂層の露光部分からなるコアおよびダミーコアならびに未露光部分の表面を、第２のクラッド層形成用感光性樹脂で形成された第２の感光性樹脂層で被覆する工程と、上記第１および第２の感光性樹脂層を加熱することにより、上記コア形成用の第１の感光性樹脂層の未露光部分の樹脂と上記第２の感光性樹脂層の第２のクラッド層形成用感光性樹脂とを混合し混合層にする工程と、上記混合層を露光し、その露光により硬化させた混合層を第２クラッド層とする工程とを備えている位置センサの製法を第１の要旨とする。

また、本発明は、上記位置センサの製法によって得られた位置センサであって、コアの格子状部分の外周に沿うよう曲げられた状態で配置された外周部分に対応する領域に、非光路用のダミーコアが形成され、光路用のコアとそのコア周辺の第２クラッド層との屈折率差が、上記外周部分に対応する領域の方が、上記格子状部分に対応する領域よりも、大きくなっている位置センサを第２の要旨とする。

本発明者らは、位置センサにおいて、コアの格子状部分の外周に、その格子状部分と光素子との間を光学的に接続するコア部分を、沿わせるよう曲げた状態で配置することにより省スペース化を図ったものについて、コアの格子状部分以外の部分から光が漏れない（散乱しない）ようにするために研究をした。そこで、コアとそのコア周辺のクラッドとの屈折率差を、上記格子状部分の外周部分に対応する領域の方を、上記格子状部分に対応する領域よりも、大きくすることを着想し、位置センサの製法について研究を重ねた。上記屈折率差が大きい程、コアから光が漏れ難く（散乱し難く）なるからである。その研究の過程で、コアに接するクラッド層の形成を、屈折率の大きいコアの形成材料と、屈折率の小さいクラッド層の形成材料とを、体積比を変えて混合して行うことを着想し、さらに研究を重ねた。その結果、（第１）クラッド層の表面に、コアを、コア形成用の（第１の）感光性樹脂層に対して露光して形成する際に、上記外周部分に対応する領域には、光路用のコアだけではなく、非光路用のダミーコアも上記感光性樹脂層に対する露光により硬化させて形成し、その後、未露光部分を残した状態で、第２のクラッド層形成用感光性樹脂で形成された第２の感光性樹脂層で被覆し、加熱することにより、上記コア形成用の第１の感光性樹脂層の未露光部分の樹脂と上記第２の感光性樹脂層の第２のクラッド層形成用感光性樹脂とを混合し混合層にし、その混合層を露光して硬化させ第２クラッド層とすると、コアとその第２クラッド層との屈折率差は、上記外周部分に対応する領域の方が、上記格子状部分に対応する領域よりも、大きくなり、上記外周部分での光の不要な漏れ（散乱）を防止することができることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、一般に、屈折率の異なる２つの材料を混合した場合、その混合した材料の屈折率は，両者の間の値となり、混合体積比が大きい側の屈折率に近づいた値になる。このことから、本発明では、上記外周部分に対応する領域では、ダミーコアが形成されている分、コア形成用の第１の感光性樹脂層の未露光部分の混合体積比が、上記格子状部分に対応する領域よりも小さくなるため、第２クラッド層の屈折率は、上記外周部分に対応する領域の方が、上記格子状部分に対応する領域よりも、第２のクラッド層形成用感光性樹脂で形成された第２の感光性樹脂層の屈折率に近づいた値になる。すなわち、コアとその第２クラッド層との屈折率差は、上記外周部分に対応する領域の方が、上記格子状部分に対応する領域よりも、大きくなり、上記外周部分での光の不要な漏れ（散乱）を防止することができるのである。

本発明の位置センサの製法は、コア形成用の第１の感光性樹脂層に対して露光して光路用のコアを形成する際に、外周部分に対応する領域に、上記感光性樹脂層に対する露光により非光路用のダミーコアを形成するため、その後の工程で、コア形成用の第１の感光性樹脂層の未露光部分の樹脂と第２の感光性樹脂層の第２のクラッド層形成用感光性樹脂とを混合して混合層にする際に、外周部分に対応する領域では、上記コア形成用の未露光部分の樹脂の混合体積比を小さくすることができる。それにより、上記混合層を露光して硬化させた第２クラッド層の屈折率を、外周部分に対応する領域の方を、格子状部分に対応する領域よりも、小さくすることができる。そのため、コアとその第２クラッド層との屈折率差を、外周部分に対応する領域の方を、格子状部分に対応する領域よりも、大きくすることができる。しかも、その領域による屈折率差の違いを、同時に発現することができる。その結果、外周部分での光の不要な漏れ（散乱）を防止できる位置センサ、すなわち押圧位置を適正に検知することができる位置センサを得ることができる。

本発明の位置センサは、上記位置センサの製法によって得られたものであるため、外周部分に対応する領域に、非光路用のダミーコアが形成され、光路用のコアとそのコア周辺の第２クラッド層との屈折率差が、外周部分に対応する領域の方が、格子状部分に対応する領域よりも、大きくなっている。そのため、本発明の位置センサは、外周部分での光の不要な漏れ（散乱）を防止することができ、押圧位置を適正に検知することができる。

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り、図１（ｂ）は、その中央部の断面を拡大した図であり、図１（ｃ）は、その周縁部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は、四角形シート状の光導波路Ｗと、発光素子５と、受光素子６とを備えている。上記光導波路Ｗは、四角形シート状のアンダークラッド層（第１クラッド層）１の表面に、複数の線状の光路用のコア２が、格子状に形成され光導波路Ｗの中央部分に配置された格子状部分Ｃと、この格子状部分Ｃから延設されてその格子状部分Ｃの外周に沿うよう曲げられた状態で配置された外周部分Ｓとにパターン形成されているとともに、上記外周部分Ｓに対応するアンダークラッド層１の表面部分に、上記コア２と隙間をあけた状態で、上記コア２と同じ形成材料からなる非光路用のダミーコアＤ〔図１（ａ）では図示せず〕が形成され、上記コア２およびダミーコアＤ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（第２クラッド層）４が形成されたものとなっている。そして、上記光導波路Ｗにおいて、光路用のコア２とそのコア２に接するオーバークラッド層４との屈折率差は、外周部分Ｓに対応する領域の方が、格子状部分Ｃに対応する領域よりも、大きくなっている。また、上記発光素子５は、一側部の外周部分Ｓのコア２の一端面に接続され、上記受光素子６は、他側部の外周部分Ｓのコア２の他端面に接続されている。

ついで、図２（ｂ）に示すように、上記アンダークラッド層１の表面に、コア形成用の感光性樹脂層（未硬化）２Ａを形成する。この感光性樹脂層２Ａの形成は、例えば、スピンコート法，ディッピング法，キャスティング法，インジェクション法，インクジェット法等により行われる。なお、このコア形成用の感光性樹脂は、上記アンダークラッド層形成用の感光性樹脂および後記の第２のクラッド層形成用感光性樹脂よりも屈折率が大きい材料が用いられる。この屈折率の調整は、例えば、上記各感光性樹脂の種類の選択や組成比率の調整により行うことができる。

つぎに、図２（ｃ）に示すように、上記コア形成用の感光性樹脂層２Ａの露光部分（コア２およびダミーコアＤ）および未露光部分（未硬化）２ａの表面を、第２のクラッド層形成用感光性樹脂で形成された感光性樹脂層（未硬化）３Ａで被覆する。この感光性樹脂層３Ａの被覆は、図２（ｂ）で説明した、コア形成用の感光性樹脂層２Ａの形成方法と同様にして行われる。

そして、ホットプレート等を用いて加熱処理を行う。この加熱処理により、上記コア形成用の感光性樹脂層２Ａの未露光部分２ａの樹脂と上記感光性樹脂層３Ａの第２のクラッド層形成用感光性樹脂との間で樹脂の対流が起こり、両樹脂が混合し、図２（ｄ）に示すように、混合層４Ａが形成される。上記加熱処理は、形成される上記混合層４Ａの成分がより均一になるよう混合させる観点から、１００〜２００℃×５〜３０分間の範囲内で行われることが好ましい。上記加熱処理の温度が低過ぎたり、時間が短過ぎたりすると、上記混合が不充分となり、後の工程で上記混合層４Ａを硬化させてなるオーバークラッド層４の成分が不均一となって、コア２の光伝播損失が大きくなる。上記加熱処理の温度が高過ぎたり、時間が長過ぎたりすると、コア２が溶融するおそれがある。

ここで、上記オーバークラッド層４の屈折率は、上記混合により、コア形成用の感光性樹脂層２Ａの屈折率と第２のクラッド層形成用感光性樹脂で形成された感光性樹脂層３Ａの屈折率との間の値になり、混合体積比が大きい側の屈折率に近づいた値になる。このことから、上記光導波路Ｗでは、上記外周部分Ｓに対応する領域では、ダミーコアＤが形成されている分、コア形成用の感光性樹脂層２Ａの未露光部分２ａの混合体積比が、上記格子状部分Ｃに対応する領域よりも小さくなるため、オーバークラッド層４の屈折率は、上記外周部分Ｓに対応する領域の方が、上記格子状部分Ｃに対応する領域よりも、第２のクラッド層形成用感光性樹脂で形成された感光性樹脂層３Ａの屈折率に近づいた値になる。すなわち、コア２とオーバークラッド層４との屈折率差は、上記外周部分Ｓに対応する領域の方が、上記格子状部分Ｃに対応する領域よりも、大きくなり、上記外周部分Ｓでの光の不要な漏れ（散乱）を防止することができる。しかも、上記領域による屈折率差の違いを、同時に（オーバークラッド層４の形成時に）発現することができる。

ところで、上記光導波路Ｗの製法では、コア２の形成の際に、フォトマスクを介した露光により、コア２の側面が荒れる場合がある。そのコア２の側面荒れは、コア２における光伝播に悪影響を及ぼす。従来の光導波路の製法では、上記露光後、現像することにより、未露光部分２ａを溶解除去するため、上記コア２の側面荒れが残るが、この実施の形態の上記光導波路Ｗは、上記のように、現像することなく、未露光部分２ａを残し、上記感光性樹脂層３Ａの第２のクラッド層形成用感光性樹脂と加熱混合するため、その加熱により、コア２と上記第２のクラッド層形成用感光性樹脂で形成された感光性樹脂層３Ａとの界面部分に、両者が混合した層が形成され、上記コア２の側面の表面荒れがなくなる。これにより、光伝播の損失を低くできる効果を奏する。

ここで、上記実施の形態では、先に述べたように〔図２（ｃ）〜（ｄ）参照〕、オーバークラッド層４が、コア形成用の感光性樹脂層２Ａの未露光部分２ａの樹脂と、上記感光性樹脂層３Ａの第２のクラッド層形成用感光性樹脂とが混合した混合層４Ａを硬化させたものであることから、オーバークラッド層４の屈折率は、上記感光性樹脂層３Ａの第２のクラッド層形成用感光性樹脂のみからなる従来のクラッド層の屈折率よりも、コア２の屈折率に近い値となっている。すなわち、コア２とオーバークラッド層４との屈折率差は、従来よりも小さくなっている。そのため、上記のように、ペン先等の先端入力部１０ａ（図３参照）による押圧部分では、コア２から光の漏れ（散乱）し易くなっており、押圧位置の検知を、より高感度にすることができる。

また、上記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４（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４（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４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４（ｃ），（ｄ）に示すように、交差する２方向〔図４（ｃ）は対向する２方向、図４（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４（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４（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４（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。

なかでも、図４（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５（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５（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２ｂ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５（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５（ａ）では下方向〕でも発生する。これに対し、図５（ｂ）に示すように、交差する１方向〔図５（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５（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５（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。

〔第２のクラッド層形成材料〕
成分ｈ：エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＹＬ７４１０）１００重量部。
成分ｉ：光酸発生剤（サンアプロ社製、ＣＰＩ１０１Ａ）４重量部。
これら成分ｈ，ｉを混合することにより、第２のクラッド層形成材料を調製した。この第２のクラッド層形成材料の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は１．４７２であった。

〔光導波路の作製〕
上記実施の形態と同様にして、光導波路を作製した。オーバークラッド層を形成する際、コアの形成材料の未露光部分と、第２のクラッド層形成材料との混合体積比は、コアの格子状部分に対応する領域では、２５／１８、外周部分に対応する領域では、１０／２１であった。

〔従来例〕
上記実施例において、コア形成の際に、コア部分のみ露光し、ダミーコア部分は露光しなかった。そして、その露光後、現像により、未露光部分を溶解除去した。オーバークラッド層の形成は、上記第２のクラッド層形成材料を塗布した後、露光することより形成した。それ以外は、上記実施例と同様とした。すなわち、ダミーコアは形成せず、また、コアの形成材料の未露光部分と、第２のクラッド層形成材料との混合は行わなかった。

そのため、従来例では、コアとオーバークラッド層（第２のクラッド層形成材料のみからなる層）との屈折率差は、外周部分に対応する領域も、格子状部分に対応する領域も同じであった。

本発明の位置センサは、省スペース化を図り、かつ、光の不要な漏れ（散乱）を防止して正確な押圧位置を検知できるようにする場合に利用可能である。

Ｃ格子状部分
Ｓ外周部分
Ｄダミーコア
２コア
２Ａコア形成用の感光性樹脂層
２ａ未露光部分
３Ａ第２のクラッド層形成用感光性樹脂で形成された感光性樹脂層
４オーバークラッド層
４Ａ混合層

Claims

格子状部分と、この格子状部分から延設されてその格子状部分の外周に沿うよう曲げられた状態で配置された外周部分とにパターン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状態で、シート状の光導波路を作製した後、上記外周部分のコアの端面に光素子を接続する位置センサの製法であって、上記光導波路の作製が、第１クラッド層を形成する工程と、この第１クラッド層の表面に、コア形成用の第１の感光性樹脂層を形成する工程と、このコア形成用の第１の感光性樹脂層に対して所定パターンの露光を施し、上記格子状部分に対応する領域では、上記露光により硬化させた部分を光路用のコアに形成し、上記外周部分に対応する領域では、上記露光により硬化させた部分を光路用のコアおよび非光路用のダミーコアに形成する工程と、上記露光後、上記コア形成用の第１の感光性樹脂層の露光部分からなるコアおよびダミーコアならびに未露光部分の表面を、第２のクラッド層形成用感光性樹脂で形成された第２の感光性樹脂層で被覆する工程と、上記第１および第２の感光性樹脂層を加熱することにより、上記コア形成用の第１の感光性樹脂層の未露光部分の樹脂と上記第２の感光性樹脂層の第２のクラッド層形成用感光性樹脂とを混合し混合層にする工程と、上記混合層を露光し、その露光により硬化させた混合層を第２クラッド層とする工程とを備えていることを特徴とする位置センサの製法。
上記請求項１記載の位置センサの製法によって得られた位置センサであって、コアの格子状部分の外周に沿うよう曲げられた状態で配置された外周部分に対応する領域に、非光路用のダミーコアが形成され、光路用のコアとそのコア周辺の第２クラッド層との屈折率差が、上記外周部分に対応する領域の方が、上記格子状部分に対応する領域よりも、大きくなっていることを特徴とする位置センサ。