JP4084727B2 - 光導波路型タッチパネル - Google Patents

Description

この発明は、光導波路型タッチパネルに関し、特に、光導波路コアを格子状にパターニングした格子状光導波路基板、高屈折率シート、光源、受光素子を有し、高屈折率シートは格子状光導波路基板との間に僅かなギャップを形成して配置され、格子状光導波路にはそれぞれ光源と受光素子とが光結合しており、各光導波路を伝播する光源からの信号光量を各受光素子によりモニタしており、ディスプレイ表面に配置してシート表面の押圧位置を検出する光導波路型タッチパネルに関する。

従来例を図３を参照して説明する（特許文献１参照）。これは格子状光導波路基板１の表面にｘ方向光導波路コア１２ｘ複数本を平行に配列すると共にｙ方向光導波路コア１２ｙ複数本を平行に配列したタッチパネルである。ｘ方向光導波路コア１２ｘとｙ方向光導波路コア１２ｙは互いに立体交差している。光源は入力専用の光ペン３０内に組み込まれており、ｘ方向光導波路コア１２ｘおよびｙ方向光導波路コア１２ｙには受光素子のみが光結合している。

光ペン３０をタッチパネルに接触させると、導光条件を満足する入射角の光信号が立体交差したｘ方向光導波路コア１２ｘおよびｙ方向光導波路コア１２ｙに入射して伝播し、これらｘ方向光導波路コア１２ｘおよびｙ方向光導波路コア１２ｙに対応する受光素子に受光される。これにより、光ペン３０の接触したタッチパネル上の入力座標位置（ｘ、ｙ）を検知することができる。

他の従来例を図４を参照して説明する（特許文献２参照）。これは光導波路として光ファイバ５をシート２０に埋設使用したタッチパネルであり、シート２０の表面を押圧することにより生ずる光ファイバ５の曲げ損出によるモニタ光量の変化を利用している。光ファイバ２０を平行に配列したシート２０をｘ方向用とｙ方向用の２枚を準備して重ねることにより光ファイバ５を立体交差したタッチパネルを構成している。
特開平５−３３４０００ 特開平８−２３４８９６

しかし、この図３の従来例は、タッチパネルに座標位置（ｘ、ｙ）を入力するに専用の光ペン３０を必要とするので、これをタッチパネルに付随して準備して置かなければならない。これにより、タッチパネルの用途が制限される。自動販売機、キャッシュディスペンサの如き公用の機器のタッチパネルとして不向きである。

図４の他の従来例は、光ファイバ５を平行に配列したシート２０をｘ方向用とｙ方向用の２枚重ねてタッチパネルを構成するものであり、立体交差光したｘ方向用とｙ方向用の光ファイバ５を一括製造することができない。そして、シート２０を２枚重ねて構成したタッチパネルの、光ファイバを埋設した２層のシート２０を物理的に曲げる必要があるので、座標位置（ｘ、ｙ）の入力にそれなりの力を加えなければならない。

この発明は、タッチパネルに座標位置を入力するに専用の光ペン３０を必要とせず、ｘ方向用とｙ方向用の光導波路コアを立体構造とせず同一平面において交差して一括製造することができ、座標位置の入力操作の容易な光導波路型タッチパネルを提供するものである。

光導波路コア１２ｘ、１２ｙを格子状にパターニングした格子状光導波路基板１と光導波路コア１２ｘ、１２ｙの屈折率より高い屈折率を有する高屈折率シート２の間にクラッドを構成する流体１１を介在させ、格子状光導波路基板１の対向する辺には光源３ｘ、３ｙを配置すると共に光導波路コア１２ｘ、１２ｙ毎に受光素子４ｘ、４ｙを配置して、各光導波路コア１２ｘ、１２ｙを伝播する光源３ｘ、３ｙからの信号光量を各受光素子４ｘ、４ｙによりモニタし、高屈折率シート２の表面を押圧してこれを格子状の光導波路コア１２ｘ、１２ｙに接触させて、押圧部位において光導波路コア１２ｘ、１２ｙを伝播する信号光の吸収が生じて受光素子４ｘ、４ｙのモニタ光量を減少せしめ、高屈折率シート２表面の押圧位置座標（ｘ、ｙ）を検出する光導波路型タッチパネルを構成した。

以上のこの発明の光導波路型タッチパネルは、格子状光導波路コアは立体交差してはおらず、ｘ方向光導波路コア１２ｘおよびｙ方向光導波路コア１２ｙは共通平面において互いに重ならずに直交して交差しているので、フォトリソグラフィ技術によりｘ方向光導波路コア１２ｘおよびｙ方向光導波路コア１２ｙを一括して容易に製造することができる。
そして、光導波路コアを形成した格子状光導波路基板の上面に僅かのギャップを有して高屈折率シートを配置する必要があるが、これも両者の間にクラッドを構成する流体を介在させることにより容易に実施することができる。

発明を実施するための最良の形態を図１の実施例を参照して説明する。
ｘ方向光導波路コア１２ｘ複数本を平行に配列すると共にｙ方向光導波路コア１２ｙ複数本をｘ方向光導波路コア１２ｘに直交して平行にパターニングして格子状光導波路基板１を構成している。この格子状光導波路において、ｘ方向光導波路コア１２ｘとｙ方向光導波路コア１２ｙとは各交点において接触しているが、この接触を直交とすることによりｘ方向光導波路コア１２ｘとｙ方向光導波路コア１２ｙとの間に漏光は殆ど発生せず、ｘ方向光導波路コア１２ｘとｙ方向光導波路コア１２ｙを介して独立して信号光を伝送することができる。２は高屈折率シートであり、ｘｙ光導波路コア１２ｘ、１２ｙの屈折率より高い屈折率を有する可撓性透明屈折率材料より成る。図示の都合上、高屈折率シート２を格子状光導波路基板１から大きく離隔して図示しているが、実際は両者は極く僅かに離隔して構成される。

特に、図１（ｂ）を参照するに、これは図１（ａ）におけるｘ方向に沿った上下方向断面を示す図である。格子状光導波路基板１の上面には下部クラッド１０を構成する透明シートが被着形成されている。ｘ方向光導波路コア１２ｘとｙ方向光導波路コア１２ｙは、実際は、下部クラッド１０の表面に形成されている。そして、格子状光導波路基板１の下部クラッド１０と高屈折率シート２との間には、格子状光導波路の上部クラッド１１を構成する流体が充填密封されている。上部クラッド１１を構成する流体は、液体、気体、或いは液体と気体の混合流体である。

格子状光導波路基板１のｘ方向に対向する辺には、ｘ方向光導波路コア１２ｘ毎に、光源３ｘと受光素子４ｘを配置すると共に、ｙ方向に対向する辺には、ｙ方向光導波路コア１２ｙ毎に、光源３ｙと受光素子４ｙを配置している。屈折率の大小関係は、
クラッド＜コア＜高屈折率シート
である。クラッドの屈折率とコアの屈折率との間の屈折率差により、伝播する信号光はコアに閉じ込められて、コアに沿ってコア内を直線状に伝播する。以上の構成により、各ｘ方向光導波路コア１２ｘを伝播する各光源３ｘから送信される信号光量を対向する各受光素子４ｘによりモニタする。同様に、各ｙ方向光導波路コア１２ｙを伝播する各光源３ｙから送信される信号光量を対向する各受光素子４ｙによりモニタする。

ここで、図１（ｂ）の状態においては、高屈折率シート２と格子状光導波路基板１のｘ方向光導波路コア１２ｘおよびｙ方向光導波路コア１２ｙとは光学的に充分に離隔しているので、高屈折率シート２はこれら光導波路コアに何らの影響も及ぼさない。上部クラッド１１を構成する流体として最も単純な流体である空気を使用してその屈折率を１．０とした場合、下部クラッド１０を屈折率１．０〜１．５のエポキシ、ポリイミドにより構成し、コアを屈折率１．５〜１．５５のエポキシ、ポリイミドにより構成し、高屈折率シート２を屈折率１．５５〜１．６の材料により構成することにより、コア断面寸法を数十μｍ角程度、コア上部から高屈折率シート２下面との間の間隔を十μｍ程度、高屈折率シート２の厚さ十μｍ程度として光導波路型タッチパネルを実施することができる。

図１（ｃ）を参照するに、これは高屈折率シート２の表面を指により接触押圧してこれを格子状光導波路コアに接触させたところを示している。光は屈折率のより高い高屈折率側に吸収される性質を示すところから、この状態においては、格子状光導波路コアとクラッドの屈折率差により閉じ込められていた信号光は高屈折率シート２側に吸収され、光源３から受光素子４に到る信号光量に吸収損失が発生することとなる。この光の吸収損失は瞬時に発生し、信号光量をモニタしている受光素子４は光量減少を検知する。格子状光導波路の交差部分においては、交差する２本の光導波路であるｘ方向光導波路コア１２ｘおよびｙ方向光導波路コア１２ｙを伝播する信号光のそれぞれについて吸収損失が発生し、対応する受光素子４ｘおよび受光素子４ｙのそれぞれが光量減少を検知する。光量減少を検知した受光素子４ｘおよび受光素子４ｙのｘ方向およびｙ方向における位置により指で押圧した座標位置を検知することができる。

検知することができる押圧した座標の位置は、ｘ方向光導波路コア１２ｘおよびｙ方向光導波路コア１２ｙの交差部分に限られるが、上述した通り、光導波路コアの断面寸法は数十μｍ角程度と小さく、１ｍｍ以下のピッチの格子状光導波路の基板を容易に形成することができるので、指で押圧して座標位置を入力するタッチパネルに充分な分解能を付与することができる。また、格子状光導波路のピッチを充分に小さくして多点入力の同時検出をするタッチパネルを構成することができる。

格子状光導波路基板１の製造工程を説明する。
（工程１） 光導波路コアの屈折率と比較して低い屈折率を有するエポキシ樹脂の如き合成樹脂材料の樹脂シートをクラッド形成用樹脂シートとして準備する。
（工程２） クラッド形成用樹脂シート上にスピンコーティングにより感光性光導波路コア材料を成膜する。感光性光導波路コア材料としては屈折率がクラッド形成用樹脂シートの屈折率より大きい屈折率のエポキシ樹脂の如き合成樹脂材料を使用する。
（工程３） 次いで、格子状のパターンを有するフォトマスク越しに紫外線露光を行い、光導波路コアを硬化させる。

ここで、図２を参照して他の実施例を説明する。この発明においては、各光導波路コア１２ｘ、１２ｙ毎に受光素子４ｘ、４ｙの受光した信号光量の変化をモニタして入力検出をするものであるので、各光導波路コア１２ｘ、１２ｙを伝播する信号光量は安定してさえすれば良く、各光導波路コア１２ｘ、１２ｙ毎に信号光量レベルが揃っている必要はない。従って、光源３ｘおよび光源３ｙは各光導波路コア１２ｘ、１２ｙ毎に各別の光源を配置することをしないで、簡便に各光導波路コア１２ｘ、１２ｙに共通の光源３ｘ、３ｙを配置して実施することができる。

実施例を説明する図。 他の実施例を説明する図。 従来例を説明する図。 他の従来例を説明する図。

符号の説明

１ 格子状光導波路基板 ２ 高屈折率シート
１０下部クラッド １１ 上部クラッド
１２ｘ ｘ方向光導波路コア １２ｙ ｙ方向光導波路コア
３ｘ、３ｙ 光源 ４ｘ、４ｙ 受光素子

Claims (2)

1. 複数の縦方向の光導波路コアと、上記縦方向の光導波路コアと直交する複数の横方向の光導波路コアとを上面に形成した格子状光導波路基板と、
   上記格子状光導波路基板及び上記複数の光導波路コアの上面に僅かのギャップを有して配され、上記光導波路コアの屈折率より高い屈折率を有し、表面が押圧されると下面が上記光導波路コアに接触する高屈折率シートと、
   上記格子状光導波路基板及び上記複数の光導波路コアと上記高屈折率シートとの間に介在され、上記光導波路コアの屈折率より低い屈折率を有する流体と、
   上記光導波路コアのそれぞれの一端に配された光源と、
   上記光導波路コアのそれぞれの他端に配された受光素子とを具備することを特徴とする光導波路型タッチパネル。
2. 複数の縦方向の光導波路コアと、上記縦方向の光導波路コアと直交する複数の横方向の光導波路コアとを上面に形成した格子状光導波路基板と、
   上記格子状光導波路基板及び上記複数の光導波路コアの上面に僅かのギャップを有して配され、上記光導波路コアの屈折率より高い屈折率を有する高屈折率シートと、
   上記格子状光導波路基板及び上記複数の光導波路コアと上記高屈折率シートとの間に介在され、上記光導波路コアの屈折率より低い屈折率を有する流体と、
   上記光導波路コアのそれぞれの一端に配された光源と、
   上記光導波路コアのそれぞれの他端に配された受光素子とを具備し、
   各上記光導波路コアを伝播する上記光源からの信号光量を各上記受光素子によりモニタし、上記高屈折率シートの表面を押圧してこれを上記格子状光導波路コアに接触させて、押圧部位において上記光導波路コアを伝播する信号光の上記高屈折率シートへの屈折が生じて上記受光素子のモニタ光量を減少せしめ、上記高屈折率シート表面の押圧位置座標を検出することを特徴とする光導波路型タッチパネル。

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