TW201514808A - 輸入裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種輸入裝置，其具備可防止因輸入體之前端輸入部之按壓或移動造成芯破裂的光波導。該輸入裝置具備四角形片狀光波導，其係藉由四角形片狀之下包層與上包層夾持格子狀芯而成者，並以對應於格子狀芯部分之上包層之表面部分作為輸入區域，且於格子狀之芯，將相鄰之線狀芯間之間隙設定於比以往狹窄之10~300μm之範圍內，同時將芯之彈性係數設定為下包層及上包層之彈性係數以上，藉此，防止因輸入體之前端輸入部於輸入區域按壓或移動而造成芯破裂。

Description

輸入裝置 技術領域

本發明是有關於一種具備光學式位置檢測機構之輸入裝置。

背景技術

過去已有以光學方式檢測按壓位置之位置感測器的提案(例如參照專利文獻1)。其係藉由將構成光程的複數個線狀之芯依縱橫方向配置，且以包層覆蓋該等芯之周緣部而形成片狀光波導，並使來自發光元件之光入射至前述各芯之一端面，且藉由受光元件，於各芯之另一端面檢測於各芯內傳播而來之光。又，若以手指等按壓該片狀位置感測器之表面之一部分，則該按壓部分之芯會陷落(按壓方向之芯之截面積會變小)，且於該按壓部分之芯，其經前述受光元件測出之光檢測水平會降低，因此，可測知前述按壓位置。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利公開公報特開平8-234895 號公報

發明概要

然而，若藉由筆等輸入體於前述專利文獻1之片狀位置感測器之表面輸入文字等，視情況有時會因該輸入體之前端輸入部(筆尖等)而損傷前述光波導。即，於前述光波導中，為了使芯容易在按壓下變形而輕易地檢測按壓位置，有時會將位於比芯上側之上包層部分之厚度做薄(例如200μm以下)。在此情形下，利用輸入體之前端輸入部按壓時，若該按壓力大於設定值(考慮人的平均按壓力為1.5N左右而設定之值)，則前端輸入部會深深地陷入線狀芯所包圍的包層之四角形部分，並因此於該包層部分產生破裂，且該破裂有時會擴大至周圍之芯。又，若使呈按壓力大之狀態之前端輸入部直接移動，則該前端輸入部會卡在線狀芯，並因此於該芯產生破裂。若如該等般於芯產生破裂，則光無法於芯內適當地傳播，並喪失作為位置感測器之機能。

本發明是有鑑於此種情形而完成，目的在於提供一種輸入裝置，其具備可防止因輸入體之前端輸入部之按壓或移動造成芯破裂的光波導。

為了達成上述目的，本發明之輸入裝置具備：光波導，其係呈片狀，並藉由片狀之下包層及上包層，夾持 業已形成為格子狀之複數個線狀之芯而成者；發光元件，其與該光波導之芯之一端面連接；及受光元件，其與上述芯之另一端面連接；又，藉上述發光元件發光之光會經由上述光波導之芯而由上述受光元件受光，並以上述光波導之對應於格子狀芯部分之上包層之表面部分作為輸入區域，將輸入體之前端輸入部在該輸入區域之按壓位置，藉由因該按壓而變化的芯之光傳播量來鑑定；前述輸入裝置採用以下構造，即：將上述芯之彈性係數設定為上述下包層及上包層之彈性係數以上，同時於格子狀之芯，將相鄰之線狀芯間之間隙設定於10~300μm之範圍內，以防止因上述前端輸入部之按壓造成芯破裂。

發明人等為了在用筆等輸入體於輸入裝置輸入文字等時，即使將位於比芯上側之上包層部分之厚度薄化形成為200μm以下，例如10~100μm，亦不會因輸入體之前端輸入部之按壓或移動而致光波導之芯產生破裂，乃針對光波導之構造反覆研究。其結果查明，若將芯之彈性係數設定為下包層及上包層之彈性係數以上，同時於格子狀之芯，將相鄰之線狀芯間之間隙設定於比以往(以往即便狹窄，亦為450μm以上之間隙)狹窄之10~300μm之範圍內，則即使藉由筆等輸入體加大按壓力輸入文字等，就算其前端輸入部(筆尖等)相當細，亦不會深深地陷入前述間隙。再者又發現，即便使前端輸入部於該狀態下直接移動，由於該前端輸入部不會深深地陷入前述間隙，因此亦不會卡在芯，不會於芯產生破裂，至此達成本發明。

本發明之輸入裝置將芯之彈性係數設定為下包層及上包層之彈性係數以上，同時於格子狀之芯，將相鄰之線狀芯間之間隙狹窄地設定為10~300μm之範圍內。故，線狀芯所包圍的部分即使因輸入體之前端輸入部而承受強大之按壓力，亦不致如深陷般的大幅變形，且即便使前端輸入部於該狀態下直接移動，前端輸入部亦不會卡在芯，不會於芯產生破裂。

特別是上述光波導具有以下構造時，該光波導之構造輔以上述芯等之彈性係數之設定及相鄰線狀芯間之間隙之設定所達到的變形抑制作用，即可輕易地測知輸入體之前端輸入部之按壓位置，同時書寫感會變得良好，前述構造即：於下包層之表面部分埋設芯，且使上述下包層之表面與芯之頂面形成為齊平，並以覆蓋該等下包層之表面與芯之頂面之狀態形成有上包層。

1‧‧‧下包層

2‧‧‧芯

2a‧‧‧壁面

3‧‧‧上包層

4‧‧‧發光元件

5‧‧‧受光元件

10‧‧‧輸入體

10a‧‧‧前端輸入部

30‧‧‧平面台

A‧‧‧寬度(粗度)

B，G‧‧‧間隙

D‧‧‧陷入深度

d‧‧‧寬度

R‧‧‧彈性層

W‧‧‧光波導

圖1乃示意顯示本發明之輸入裝置之一實施形態，(a)為其俯視圖，(b)為其主要部分放大截面圖。

圖2(a)為示意顯示習知格子狀芯之俯視圖，(b)為示意顯示上述實施形態之格子狀芯之俯視圖。

圖3為示意顯示上述輸入裝置之使用狀態的放大局部截面圖。

圖4(a)~(d)為示意顯示構成上述輸入裝置之光波導之製法的說明圖。

圖5為示意顯示構成本發明之輸入裝置另一實施形態之光波導的主要部分放大截面圖。

圖6為示意顯示上述輸入裝置之變形例的主要部分放大截面圖。

圖7(a)~(f)為示意顯示上述輸入裝置中格子狀芯之交叉形態的放大俯視圖。

圖8(a)、(b)為示意顯示光於上述格子狀芯之交叉部中之路徑的放大俯視圖。

用以實施發明之形態

其次，根據圖式，詳細地說明本發明之實施形態。

圖1(a)是顯示本發明之輸入裝置之一實施形態之俯視圖，圖1(b)是將其中央部之截面放大之圖。該實施形態之輸入裝置具備：光波導W，其係呈四角形片狀，並藉由四角形片狀之下包層1與上包層3夾持格子狀之芯2而成者；發光元件4，其與構成前述格子狀芯2之線狀芯2之一端面連接；及受光元件5，其與前述線狀芯2之另一端面連接。又，從前述發光元件4發出之光會自前述芯2中通過，並藉由前述受光元件5受光。又，與格子狀芯2之部分相對應的上包層3之表面部分成為輸入區域。另，於圖1(a)中，以鏈線表示芯2，且鏈線之粗度表示芯2之粗度。又，於圖1(a)中，概略圖示芯2之數量。又，圖1(a)之箭頭記號表示光之前進方向。

又，於前述格子狀之芯2，將相鄰之線狀芯2間之 間隙B設定於比以往(以往即便狹窄，亦為450μm以上之間隙)狹窄之10~300μm之範圍內。以示意顯示該格子狀芯2之俯視圖而言，圖2(a)中所示為習知者，圖2(b)所示為本實施形態者。於本實施形態中，前述線狀芯2之寬度(粗度)A設定於比以往(以往即便粗，寬度亦在150μm以下)粗之300~590μm之範圍內。

又，於前述光波導W中，前述芯2之彈性係數設定為前述下包層1及上包層3之彈性係數以上。舉例言之，前述芯2之彈性係數設定於1~10GPa之範圍內，前述上包層3之彈性係數設定於0.1~10GPa之範圍內，前述下包層1之彈性係數設定於0.1~1GPa之範圍內。另，如前述將芯2之彈性係數設定為下包層1及上包層3之彈性係數以上的理由在於若相反則芯2之周邊會變硬，因此芯2面對按壓將難以適當地變形，而難以正確地測知按壓位置。

於前述格子狀之芯2，將相鄰之線狀芯2間之間隙B狹窄地設定為10~300μm之範圍內是本發明之重大特徵。故，在藉由筆等輸入體輸入文字等時，即使對上包層3表面之輸入區域之按壓力變大，且筆尖等前端輸入部相當細，亦不會深深地陷入前述間隙B。再者，即便使前述輸入體之前端輸入部(筆尖等)於該狀態下直接移動，由於該前端輸入部不會深深地陷入前述間隙B，因此亦不會卡在芯2。其結果，不會於芯2產生破裂。若前述間隙B過小，則該間隙B之形成會變得困難，若前述間隙B過大，則會有筆尖等前端輸入部深深地陷入前述間隙B之虞。

又，於該實施形態中，前述光波導W為片狀，其構造如下：於片狀下包層1之表面部分埋設格子狀之芯2，且使前述下包層1之表面與芯2之頂面形成為齊平，並以覆蓋該等下包層1之表面與芯2之頂面之狀態形成有片狀之上包層3。此種特定構造之光波導W可將上包層3作成均一厚度，並輔以前述線狀芯2之配置之變形抑制作用，而可輕易地測知輸入體之前端輸入部之按壓位置，同時可使輸入體之書寫感良好。又，以如前述構造之光波導W而言，各層之厚度可設定成例如下包層1為20~2000μm之範圍內，芯2為5~100μm之範圍內。又，上包層3之厚度可設定於1~200μm之範圍內，且宜設定於較薄之10~100μm之範圍內，可輕易地測知筆等輸入體之按壓位置。

舉例言之，如圖3中以截面圖所示，前述輸入裝置係以載置於桌台等平面台30上，用筆等輸入體10於前述輸入區域寫入文字等資訊之方式使用。又，因為該寫入，光波導W之上包層3之表面會受到筆尖等前端輸入部10a按壓。因此，於受到筆尖等前端輸入部10a按壓之部分，芯2會順著筆尖等前端輸入部10a彎曲而往下包層1下陷。又，自該芯2之彎曲部分發生光之漏洩(散射)。故，受到筆尖等前端輸入部10a按壓之芯2經受光元件5測出之光檢測水平會降低，且可自該光檢測水平之降低，測知筆尖等前端輸入部10a之位置(座標)或其移動軌跡。

又，若解除前述前端輸入部10a之按壓(終止輸入)，則前述下包層1、芯2及上包層3會藉由各自之復原力 回到原本之狀態[參照圖1(b)]。另，前述芯2朝下包層1之陷入深度D宜設為最大至2000μm。若大於此，則會有前述下包層1、芯2及上包層3無法回到原本之狀態或於光波導W發生破裂之虞。

再者，前述輸入裝置具備控制該輸入裝置之CPU(中央處理裝置)(未圖示)，且於該CPU裝入可自前述受光元件5所測出之光檢測水平的降低鑑定筆尖等前端輸入部10a之位置或移動軌跡的程式。又，舉例言之，顯示前述前端輸入部10a之位置或移動軌跡之資料會作成電子資料而保存(記憶)於記憶體等記憶機構。

又，保存(記憶)於該記憶機構之備忘錄等資訊可利用回放用終端(個人電腦、智慧型手機、輸入板型終端等)而回放(顯示)，再者，亦可記憶於前述回放用終端。此時，前述回放用終端與前述輸入裝置是藉由例如微型USB纜線等連接纜線來連接。另，在前述記憶機構之記憶體中之保存(記憶)可藉由例如pdf等具有通用性之檔案形式來進行。

其次，說明前述光波導W之製法。構成前述光波導W之下包層1、芯2及上包層3之形成材料可列舉如感光性樹脂、熱硬化性樹脂等，且可藉由因應其形成材料之製法，製作光波導W。即，首先，如圖4(a)所示，將上包層3形成為均一厚度之片狀。接著，如圖4(b)所示，於該上包層3之上面，將芯2以突出狀態形成為預定圖案。其次，如圖4(c)所示，於前述上包層3之上面形成下包層1以覆蓋該芯2。又，如圖4(d)所示，將所製得構造體上下反轉，使下包層1 於下側，史上包層3於上側。依此方式製得前述光波導W。

又，前述芯2之折射率設定為大於前述下包層1及上包層3之折射率。又，前述彈性係數及折射率之調整可調整例如各形成材料之種類之選擇或組成比率來進行。

另，於前述實施形態中，將芯2之寬度(粗細)A設定於比以往粗之300~590μm之範圍內，然而，只要芯2間之間隙B為10~300μm之範圍內，則芯2之寬度(粗細)A亦可脫離前述範圍。

又，前述光波導W之構造亦可為前述實施形態之外，舉例言之，亦可如圖5中以截面圖所示，作成以下構造，即：於均一厚度之片狀下包層1之表面，使芯2以突出狀態形成為預定圖案，並以覆蓋該芯2之狀態，於前述下包層1之表面形成有上包層3。

又，如圖6中以截面圖所示，亦可於前述光波導W之下包層1之背面設置橡膠層等彈性層R。另，圖6中，係於在圖1(b)顯示截面圖之光波導W設置有彈性層R，但於在圖5顯示截面圖之光波導W設置彈性層R亦相同。此時，即使下包層1、芯2及上包層3之復原力減弱，或是該等原本就由復原力弱之材料所構成，亦可利用前述彈性層R之彈性力，輔助前述微弱之復原力，於解除輸入體10之前端輸入部10a(參照圖3)之按壓後，回到原本之狀態。前述彈性層R例如可設定成厚度為20~2000μm之範圍內，彈性係數為0.1M~1GPa之範圍內。

再者，前述輸入體10只要可如前述般按壓光波導 W即可，舉例言之，可為藉由墨水等寫入用紙之書寫工具，或是不會流出墨水等的單純之棒體。

又，於前述實施形態中，格子狀芯2之各交叉部通常如圖7(a)中放大俯視圖所示形成為交叉之四向全部連續之狀態，然而，亦可為其他形式。舉例言之，可如圖7(b)所示，僅交叉之一向藉由間隙G中斷，形成不連續。前述間隙G是藉由下包層1或上包層3之形成材料所形成。該間隙G之寬度d大於0(零)(只要形成有間隙G即可)，通常設定為20μm以下。與此相同，亦可如圖7(c)、(d)所示，交叉之二向[圖7(c)是對向之二向，圖7(d)是相鄰之二向]形成不連續，且亦可如圖7(e)所示，交叉之三向形成不連續，又可如圖7(f)所示，交叉之四向全部形成不連續。再者，亦可作成具備圖7(a)~(f)所示之前述交叉部中2種以上之交叉部之格子狀。即，於本發明中，所謂藉由複數個線狀之芯2所形成的「格子狀」是包含一部分或全部之交叉部如前述般形成之意思。

其中，如圖7(b)~(f)所示，若將交叉之至少一向作成不連續，即可減低光之交叉損失。即，如圖8(a)所示，於交叉之四向全部連續之交叉部中，若著眼於其交叉之一向[於圖8(a)中為上方向]，則入射至交叉部之光之一部分會到達與該光進入之芯2呈正交之芯2之壁面2a，且在該壁面之反射角度大，因此，會穿透芯2[參照圖8(a)之二點鏈線之箭頭記號]。此種光之穿透在交叉之與前述為相反側之方向[於圖8(a)中為下方向]亦會發生。相對於此，如圖8(b)所示， 若交叉之一向[於圖8(b)中為上方向]藉由間隙G而形成不連續，則會形成前述間隙G與芯2之界面，且於圖8(a)中穿透芯2之光之一部分在前述界面之反射角度變小，因此，不會穿透而藉由該界面反射，並於芯2中持續前進[參照圖8(b)之二點鏈線之箭頭記號]。依此，如前述，若將交叉之至少一向作成不連續，則可減低光之交叉損失。其結果，可提高筆尖等所按壓之位置之檢測感度。

其次，與比較例一併說明實施例。然而，本發明並不限於實施例。

實施例

[下包層及上包層之形成材料]

成分a：環氧樹脂(三菱化學公司製，YL7410)75重量份。

成分b：環氧樹脂(三菱化學公司製，JER1007)25重量份。

成分c：光酸產生劑(三亞普羅(SAN-APRO)公司製，CPI101A)2重量份。

藉由混合該等成分a~c，調製下包層及上包層之形成材料。

[芯之形成材料]

成分d：環氧樹脂(大賽璐(DAICEL)公司製，EHPE3150)75重量份。

成分e：環氧樹脂(東都化成公司製，KI-3000-4)25重量份。

成分f：光酸產生劑(艾迪科(ADEKA)公司製，SP170)1重量份。

成分g：乳酸乙酯(和光純藥工業公司製，溶劑)50重量份。

藉由混合該等成分d~g，調製芯之形成材料。

[光波導之製作]

首先，使用前述上包層之形成材料，並藉由旋轉塗佈法，於玻璃製基材之表面形成上包層。該上包層之厚度為25μm，彈性係數為3MPa。另，彈性係數之測定是使用黏彈性測定裝置(TA instruments Japan Inc.公司製，RSA3)。

接著，使用前述芯之形成材料，並藉由光刻法，於前述上包層之表面形成格子狀之芯。該芯之厚度為50μm，彈性係數為2GPa。又，芯之寬度(粗細)及芯間之間隙是作成下述表1所示之值。

其次，為了覆蓋前述芯，使用前述下包層之形成材料，並藉由旋轉塗佈法，於前述上包層之上面形成下包層。該下包層之厚度為300μm，彈性係數為3MPa。

又，自前述玻璃製基材剝離前述上包層。接著，透過接著劑，將前述下包層接著於鋁板之表面。依此方式透過接著劑於鋁板之表面製作光波導[參照圖1(b)]。

[光波導之評價]

藉由原子筆之前端(前端直徑0.5mm)，於施加下述表1所示之荷重之狀態下於上包層之表面之任意10處書寫文字。其結果，將不論是在上包層、芯或下包層皆未產生破裂者評價為合格，並於下述表1中顯示○，且將在該等中任一者產生破裂者評價為不合格，並於下述表1中顯示×。

由前述表1之結果可得知，實施例1~7之光波導對強大按壓力之耐破裂性優異，比較例之光波導則是其耐破裂性差。又，可得知該結果之差異是依存於芯間之間隙。

又，於前述實施例1~7中，將光波導作成圖1(b)中以截面圖所示者，然而，即使將光波導作成圖5中以截面圖所示者，亦可獲得顯示與前述實施例1~7相同之傾向之評價結果。

又，即使是在將橡膠層設置於下包層之下面，並將該橡膠層設定於厚度20~2000μm之範圍內、彈性係數0.1M~1GPa之範圍內時，亦可獲得顯示與前述實施例1~7相同之傾向之評價結果。

於前述實施例中，顯示本發明中的具體形態，然而，前述實施例不過是單純之例示，並非限定解釋。意思是該發明所屬技術領域中具有通常知識者清楚明白的各種 變形屬於本發明之範圍內。

產業上之可利用性

本發明之輸入裝置可利用如下：即使在用筆等輸入體輸入文字等資訊時之按壓力大的情況下，亦不會於光波導產生破裂而可維持作為輸入裝置之機能。

1‧‧‧下包層

2‧‧‧芯

3‧‧‧上包層

4‧‧‧發光元件

5‧‧‧受光元件

A‧‧‧寬度(粗度)

B‧‧‧間隙

W‧‧‧光波導

Claims (2)

1. 一種輸入裝置，係具備：光波導，其係呈片狀，並藉由片狀之下包層及上包層，夾持業已形成為格子狀之複數個線狀之芯而成者；發光元件，其與該光波導之芯之一端面連接；及受光元件，其與上述芯之另一端面連接；又，藉上述發光元件發光之光會經由上述光波導之芯而由上述受光元件受光，並以上述光波導之對應於格子狀芯部分之上包層之表面部分作為輸入區域，將輸入體之前端輸入部在該輸入區域之按壓位置，藉由因該按壓而變化的芯之光傳播量來鑑定；前述輸入裝置之特徵在於：將上述芯之彈性係數設定為上述下包層及上包層之彈性係數以上，同時於格子狀之芯，將相鄰之線狀芯間之間隙設定於10~300μm之範圍內，以防止因上述前端輸入部之按壓造成芯破裂。
2. 如請求項1之輸入裝置，其中上述光波導具有以下構造，即：於下包層之表面部分埋設芯，且使上述下包層之表面與芯之頂面形成為齊平，並以覆蓋該等下包層之表面與芯之頂面之狀態形成有上包層。