JPS60500984A - 電磁放射回路素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般にタッチセンサキータイプの電磁放射回路素子に関する。

背景技術 英国特許第１６００５５６号は、発光ダイオードのような放射源とホ・トトラン ジスタのような放射検出器との間に配置された光学プリズムのような放射伝搬へ 二゛ントを有するタッチセンサキーに関する。放射伝搬ユニ・ントの外面に触れ ると、この面における内部全反射の条件が変化し、その結果放射源から放射検出 器に達する放射に識別可能な変化が生じる。入射した外部放射は、放射検出器か ら離れた表面を通って出て行くように、前記ユニット内で常に内部反射するので 、放射検出器には達しない。

この装置は一般的には十分なものである。しかし水中にある光学系にキーを使用 すると、実際上の問題が生じることがある。放射伝搬ユニット内の屈折率は、検 出器ビーム（すなわち放射源から放射検出器へのビーム）と外部ビームとの間の ビームの区別を確実に行うため、所定の臨界値より大きくなければならな℃・。

この臨界値は、プリズムの外側の媒体が空気の場合には１／ρであり、かつ媒体 が水の場合にはほぼ１．６６である。しかしながら１．７の程度の屈折率は、通 常のガラスまたはプレキシガラスの、ような安価なガラスでは容易に達成できず 、高価で重い光学ガラスが必要なことがある。

発明の開示 本発明の目的はこの問題に打勝つことにある。

それ故に本発明の一面によれば、放射源と放射検出器の間に放射伝搬ユニットを 有する電磁放射回路素子が設けられており、このユニットは、ユニットの表面に 触れると、放射源から検出器に達する放射に識別可能な変化を生じるようになっ ており、次のような特徴を有する。すなわちこの表面を通ってユニットに侵入し た外部放射が、このユニットの側面から出ることができるが、それにより検出器 を動作させるには実質的に不十分であるようになっている。

本発明の第２の側面によれば、放射源と放射検出器の間に放射伝搬ユニットを有 する電磁放射回路素子が設けられており、このユニットは、ユニットの表面に触 れると、放射源から検出器に達する放射に識別可能な変化を生じるようになって おり、次のような特徴を有する。すなわちこの表面を通ってユニットに侵入した 外部放射が、このユニットの側面から出ることかできるが、この放射が検出器に 達するようにするには実質的に不十分なかすめ角で出ることができる。

表面に触れた際に放射源と放射検出器の間の検出器ビームを通すようにした対向 側面に対して直角に前記表面を配置した場合を考慮すれば、外部放射が接触面に 対して平行である際、外部放射により前記一方の面から出るビームの最大角を制 限する場合がある。接触面と境界を接する外部媒体が屈折率ｎ。を有し、かつ伝 搬ユニットが屈折率ｎを有する場合、ユニット内の外部光が側面に対してなすこ とのできる最大角ψは次式によって与えられる（スネルの法則を参照）。

ｓｉｎψ””ｎ／ｎ 側面においてこのビールを屈折すると、この面に対して角度αを生じ、その場合 αは次のようになる。

・・・・＝６７丁盃「 すなわち側面からある程度離れたところおよびこの面から始まる所定の扇形範囲 の外側には、外部ビームは存在しない（屈折したビームは、検出器の付近のある 種の散乱による検出器への到達を防止できるものとする）。値を挿入すれば、い わば４　ｍｍの厚さの板に対して、接触面の外側からの外部光が確実に検出器に 達しないようにするためには表面と検出器の間の距離をほぼ２　ｍｍにするだけ でよいことは明らかである。

前記のような側面における外部光のかすめ角出射に密接に関連する効果は、ガラ スまたはプレキシガラスのように低屈折率を有する放射伝搬ユニットに湿気が凝 縮した場合に生じることがある。放射源がガラスの下に配置されている場合、ソ ースビームは、通常前記の特許に記載されたように、指または同様な物体でガラ スに触れない限り、検出器に達することはできない。

しかしこのユニットに安価な材料を使用した場合、この放射伝搬ユニットの屈折 率が低い結果としてビームシステム間の分離が不完全になるので、接触面により かすめ角で屈折したソースビームは、接触面上の湿気液滴の外側曲面によって転 向され、検出器に到達できる角度範囲内で放射伝搬ユニット内に戻ることがある 。

この作用が除かれていないと、放射伝搬ユニットに安価なガラスまたはプレキシ ガラスを使用した場合、接触面上の湿気の凝縮が誤って動作として記録されてし まう。放射源からガラスに達する放射の角度ローブを開口絞りによって制限し、 実質的にソースビームがかすめ角で液滴に到達しないようにすれば、この問題は 解決できる。

前記のような本発明による装置によれば、キーを安価なガラスまたはプレキシガ ラスから作りかつ水またはその他の同様な媒体の中で使用する場合にさえ、外部 放射の影響（周囲光）に実質的に感応することなく、動作上の高い接触感度を達 成することができる。

前記公知技術による装置および本発明の前記第２の側面によれば、不所望の外部 放射と検出器ビームとの分離は、ユニットと外部媒体の相対屈折率によって決ま るような伝搬ユニット表面の外部放射の反射および／または屈折の角度に基いて 行うことができる。本発明のその他の目的は、交番動作モードに基きかつ外部媒 体が水等である用途に特に適しておりかつ検出器を放射伝搬ユニットの統合部品 にすることができる（すなわちエアギャップによりこのユニットから分離されて いない）タッチセンサキーを提供することにある。

それ故に本発明の第３の側面によれば、放射源と放射検出器の間に放射伝搬ユニ ットを有する電磁放射回路素子が設けられており、このユニットは、ユニットの 表面に触れると、放射源から放射検出器に達する放射に識別可能な変化を生じる ようになっており、次のような特徴を有する。すなわちこのユニットの少なくと も１つの面は、少なくとも検出器の近くにサブストレートを有し、外部から来た 放射が検出器に達する前に吸収または減衰されるようになっている。

この装置によれば、場合によってはユニットを水または同様な媒体の中で使用す る場合にさえ、前記伝搬ユニットのため高価な材料を必然的に使用しなくとも、 外部放射の満足すべき除去を見込むことができる。

はとんどの場合このサブストレートは、接触面に対して平行な反対面に取付ける と有利であり、それによりサブストレート面にかすめ角で入射する検出器ビーム は、本質的に前記サブストレートから害を受けることなく、内部で全反射される が、一方一部透過が可能な角度でこのような表面に向けられて外部から来た放射 は、サブストレートによって強力に吸収または減衰される。

サブストレートは、何らかの適当な吸収特性を有するものであるが、光学系の場 合には少なくとも接触面の外側の媒体のもの程度の大きさの屈折率を有すると有 利である。しかしながらサブストレートの屈折率は、伝搬ユニットの屈折率と比 較してできるだけ小さくする。水に境界を接した光学プリズムの場合、屈折率は ほぼ１．３３にする。

サブストレートは、適当な屈折率を有する吸収塗料の形をしていてもよく、この 塗料は、板の表面に塗られ、または適当な屈折率を有する材料から成りかつ吸収 手段を合併した第２の板の形をしていてもよく、この第２の板は、大きな屈折率 を有する透明な接着剤（例えばエポキシ樹脂）によってプリズムに接着される。

サブストレートは、問題の装置に板を取付ける方法および／または上からの外部 光に対して検出器をマスクする方法と組合わせることができる。

外部ビームだけが生じる接触面に対して急角度をなすビームまたは外部ビームと 内部ビーム両方が生じる中間の角度をなすビームが、プリズムとサブストレート の間の境界面に当たる場合、一部がサブストレート内へ屈折しかつここで吸収さ れ、また一部は反射される。サブストレートが十分大きな範囲を覆い、ビームが 検出器に達するためには多数回の反射を行わなければならないようになっている ならば、これらビームは、このようにして減衰し、非常に低レベルになる。これ に反して検出器ビームは、境界面におし・て内部全反射し、かつサブストレート への屈折損失を生じることなく検出器に達し、その場合サブストレート内の吸収 は、内部全反射の際の過渡的な波の緩和長さ内で小さいので、全反射した波が、 サブストレート内へのトンネリングにより吸収されることはないものとする。

上記装置の変形により検出器をマスクする吸収材料は、基本的に外部媒体と同様 な屈折率を有する媒体を含むギャップによってプリズムから離してもよい。通常 検出器に達する外部ビームは、プリズム面において一連の多重反射を受け、かつ 反射する度にいくらかのビームは、表面を通って外部へ屈折されかつ吸収される 。吸収材料が検出器の前の十分大きな範囲を覆っていれば、これら多重反射／屈 折により外部源から出たビームは、減衰され、非常に小さなレベルになるが、一 方向部ビーム系内のビームは、表面で全反射するので、屈折損失なしに検出器に 達する。

図面の簡単な説明 添Ｕの図面、すなわち第１図と第２図は、本発明の第１図は、平らな上面３、対 向し平行な平らな底面４および面３．４の間にありこれら面に対して直角をなす 側面５を有するプレキシガラス板２の下に、ここでは発光ダイオード１で例示し た放射源が配置された実施例を示している。板２の上面３に指で触れると、散乱 した放射７は、板の側面５の外側にある（ホ））ランジスタのような）検出器６ によって受信され、検出器６はこの放射によって動作させられろ。検出器６は、 側面５から離されかつ直接対面しており、しやへい構造部８の下に配置されてい る。

外部ビームまたは発光ダイオードのビームは、ガラスに指で触れていない場合に は、検出器６に到達しない。通常このようなビームは、板の側面５からは出ない 。しかしプレキシガラスの屈折率は、接触面３の外側の媒体が水である場合、側 面５においてこのようなビームを確実に内部全反射させるに十分な程大きくはな い。この場合外部から到来したビーム９は、それにもかかわらず第１図にハツチ ング範囲１０で示したように、はとんど所定の最大かすめ角で側面から出て行く 。

検出器６は、側面５から適当な距離を置いて配置されており、検出器に到達する 放射は、放射源１の上方のガラスに指で触れた際に、指てよって散乱された放射 ７だけである。

前記のように湿気の液滴内での屈折によって生じることがある問題を排除するた め、発光ダイオードＪからの放射は、不透明なサブストレート１２の開口１１に よって平行にされる。

第２図は、板の側面２１に検出器１３を統合した（板２下の放射源１５から出て 指で散乱された検出器ビーム１４は、板の水平な上面１６と底面１７により内部 で全反射される。他方において外部ビーム１８は、底面１７とここに取付けたづ ブストレート１９との間の境界面において一部反射されかつ一部屈折される。サ ブストレート１９は、源１５に整列した開口２２を有する。屈折した部分の吸収 のため外部から来た放射１８は減衰され、このような多数回の部分反射の後に低 レベルになる。検出器の近くの板上面の縁範囲は、（シやへい構造部２０により ）直接の外部放射から適当に覆われているので、このような放射は、板の上面と 底面１６．１−７で複数回反射した後にし、）・検出器に到達することはない。

もちろん本発明は、例示のためだけに記載した前記実施例の細部に限定しようと するものでないことは明らかである。特に放射源は、その代りに接触面において 放射を内部で全反射するように配置してもよく、この時反射した放射は、この面 に指で触れた時に減衰するようにしてもよい。

適当な場合これ以上の詳細については、特許第１６００５５６号を引用する。

前記実施例によれば、ユニットの外面に触れた時およびこの時にだけ、放射源か ら放射検出器に到達する放射に識別可能な変化があり、この変化は、この面の内 部全反射に関する状態の変化によるものである。この面を通ってユニットに入る 外部放射は、放射伝搬ユニットが大体において通常のガラスまたはプレキシガラ スのもののような屈折率（例えば１．５５以下）を有する材料から成りかつ外部 媒体が大体において水のもののような屈折率を有する場合にさえ、基本的に放射 検出器には到達しない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）放射源（ｌまたは１５）と放射検出器（６または１３）の間に放射伝搬ユ ニット（２または２ａ）を有し、このユニットは、ユニットの面（＠または１６ ）に触れると、放射源から検出器に到達する放射に識別可能な変化を生じるよう になっている電磁放射回路素子において、前記の面（３または１６）を通って前 記のユニット（２または２ａ）に入る外部放射（９または１８）は、このユニッ トの側面（５または２１）から出ることができるが、それにより前記検出器（６ または１３）を動作させるには実質的に不十分になっていることを特徴とする電 子放射回路素子。 （２）前記外部放射（９）は、前記放射が前記検出器（６）に達することができ るには実質的に不十分なかすめ角（範囲１０）をなして前記側面（５）から出る ことができるだけであることを特徴とする請求の範囲１記載の素子。 （３）前記ユニット（２）が板を有し、前記接触面（３）が板の平らな上面をな し、前記放射源（１）が板の平らな対向した平行な底面（４）の下に配置されて おり、前記側面（５）がユニットの片側において前記上面と底面（３，４）の間 にかつこれら面に対して直角に延びており、かつ前記検出器（６）がじやへい構 造部（８）の下に前記側面から離れかつこの側面に直接対向して配置されている ことを特徴とする請求の範囲２記載の素子。 （４）前記ユニツ）（２ａ）の少なくとも１つの面（１７）が、少なくとも検出 器（１３）の近くにおいてこの面上にサブストレー）　（１９）を有し、外部か ら到来した放射（１８ンを検出器（１３）に到達する前に吸収しまたは減衰させ るようになっていることを特徴とする請求の範囲１記載の素子。 （５）前記サブストレー）　（１９）が、前記接触面（１６）に対して平行な反 対側のユニッ）（２ａ）の面（１７）に取付けられており、それにより前記反対 面（１７）から入射し源（１５）と検出器（１３）の間に伝搬する放射（１４） が、内部で全反射するが、一方外部から到来し一部ここを透過できる角度で前記 反対面（１７）に向けられた放射（１８）は、サブストレー）　（１９）によっ て大幅に吸収されまたは減衰させられることを特徴とする請求の範囲４記載の素 子。 （６）前記サブストレー）　（１９）が、基本的に前記接触面の外側の媒体と同 様な屈折率の媒体を含むギャップによって前記ユニツ）（２ａ）から離されてい る、請求の範囲４または５記載の素子。 （７）前記ユニット（２ａ）が板を有し、前記接触面（１６）が板の平らな上面 をなし、前記放射源（１５）が、板の平らな対向した平行な底面（１７）の下に 配置されており、前記側面（２１）が、ユニットの片側において上面と底面（１ ６，１７）の間にかつこれら面に対して直角に延びており、前記検出器（１３） が、接触面（１６〕上の一部に延びたしゃへい構造部（２０）の下に、前記側面 （２１）に接触して配置されており、かつ前記サブストレー）　（１９）が前記 底面（１７）に取付けられていることを特徴とする請求の範囲４記載の素子。 （８）前記放射源（１または１５）と前記ユニット（２または２ａ）の間に開口 絞り（１１または２２）が設けられており、前記源から前記接触面（３または１ ６）に向けられた放射を特徴とする請求の範囲工ないし７のいずれか１つに記載 の素子。