TW201626010A - 位置感測器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可謀求省空間化之位置感測器。該位置感測器具有略四角形片狀的光導波W，而該光導波用下包層1與上包層3來挾持片狀芯圖案構件，又，該片狀芯圖案構件具有：由複數條線狀芯2所構成之格子狀部分2A、與以從該格子狀部分2A之芯2延伸設置並彎曲成沿著該格子狀部分2A之外周之狀態而配置的複數之芯外周部分2B~2G。且，在形成有其之芯外周部分2D~2G之略四角形片狀光波導W的側緣部分F1、F2，從芯圖案構件之格子狀部分2A到受光元件5A~5D的複數個芯外周部分2D~2G是以分開成沿著該側緣之其中一側與另一側的狀態來配置。

Description

位置感測器 發明領域

本發明是有關於一種光學感測按壓位置之位置感測器。

發明背景

本申請人至今已提案有光學地檢測按壓位置之位置感測器(例如，參照專利文獻1)。如圖5所示，此物具有將片狀芯圖案構件用四角形片狀之下包層11與上包層13來挾持之四角形片狀的光波導W1。上述芯圖案構件具有：縱橫地配置複數條線狀光路用之芯12的格子狀部分12A、與以從該格子狀部分12A之芯12延伸設置並沿著該格子狀部分12A之外周的狀態而配置的外周部分12B~12E。又，上述芯圖案構件之外周部分12B之端部連接有發光元件14，並在芯外周部分12D、12E之端部連接有受光元件15。且，從上述發光元件14所發光之光從連接於該發光元件14之外周部分12B、12C，經過格子狀部分12A，並通過相反側之外周部分12D、12E，以上述受光元件15來接收。且，與上述格子狀部分12A對應之上包層13的表面部分(圖5中用包圍住格子狀部分12A之狀態的一點鏈線所示的長方形部分)成為位 置感測器之輸入區域13A。

要輸入時，對上述輸入區域13A之任意的部分，例如用輸入用之筆尖來按壓來進行。藉此，該按壓部分之芯12變形，具有該變形之部分之芯12的光傳播量便會降低。故，上述按壓部分之芯12中，從在上述受光元件15之受光程度降低來看，利用電腦來處理該受光程度的降低，便可檢測上述按壓位置。

先行技術文獻 專利文獻

[專利文獻1]日本專利第5513656號公報

發明概要

上述位置感測器具有將上述芯圖案構件之芯外周部分12B~12E用下包層11之側緣部與上包層13之側緣部來挾持的光波導W1的側緣部分(框體部分)F11~F14。即，上述位置感測器因形成於上述輸入區域13A周圍之上述側緣部分F11~F14的存在，而需要比輸入區域13A更加寬廣空間。

又，一般而言，此種位置感測器中，從製造成本之觀點來看，盡可能使發光元件與受光元件之個數減少，是技術常識。實際上，圖5所示之上述位置感測器中，分別各使用了1個。故，在從上述芯圖案構件之格子狀部分12A到受光元件15的芯外周部分12D、12E，延伸設置有格子狀 部分12A之縱向芯12p的芯12q、與延伸設置有橫向芯12r的芯12s以集中於1個受光元件15之狀態來排列設置，該排列設置之大量芯12q、12s所構成之芯群的寬度變得較大。其結果，形成有該芯外周部分12D、12E之光波導W1之側緣部分F13、F14的寬度(框體寬度)亦變大。故，上述位置感測器需要更加寬廣的空間。在此點上，上述位置感測器有改良的餘地。

本發明是有鑑於上述事實而成者，目的在於提供一種可謀求省空間化之位置感測器。

為了達成上述目的，本發明之位置感測器為以下構成：其包含有：略四角形片狀的光波導，用包覆層被覆片狀芯圖案構件，而該片狀芯圖案構件包含有具有複數個以連續狀態縱橫地配置線狀芯而成之格子的格子狀部分、與以從該格子狀部分之芯延伸設置並沿著該格子狀部分之外周的狀態而配置的複數個芯外周部分；及發光元件與受光元件，連接於該光波導之芯；又，在上述光波導之其中一側緣，從上述格子狀部分之芯延伸設置而到上述受光元件之複數個芯外周部分是分成沿著上述光波導之其中一側緣之一方向與另一方向，且各自之端部連接於對應的受光元件，且，將與上述芯圖案構件之格子狀部分對應之包覆層的表面部分作為輸入區域，並利用因按壓而變化之芯的光傳播量來判定該輸入區域上的該按壓位置。

本發明之位置感測器中，在光波導之其中一側緣，從芯圖案構件之格子狀部分的芯延伸設置而到受光元件之複數個芯外周部分是分成沿著上述光波導之其中一側緣的一方向與另一方向，又，各自之端部連接於對應之受光元件。藉此，分開後之芯外周部分的寬度比分開前之原本芯外周部分的寬度更小。故，便可使形成有上述分開後之芯外周部分的略四角形片狀光波導，其側緣部分的寬度變小。其結果，便可使本發明之位置感測器省空間化。又，藉由如上所述地分開芯外周部分，便可使從上述格子狀部分到受光元件之芯的長度(光之傳播距離)縮短。故，可使光之傳播效率提升，其結果，可使按壓位置之檢測性提升。

1、11‧‧‧下包層

2‧‧‧芯

2A、12A‧‧‧格子狀部分

2B~2G、2P~2U、12B~12E‧‧‧芯外周部分

3、13‧‧‧上包層

3A、13A‧‧‧輸入區域

4A、4B、14‧‧‧發光元件

5A~5D、5E、5F、15‧‧‧受光元件

12p、12q‧‧‧縱向芯

12r、12s‧‧‧橫向芯

d‧‧‧寬度

F1、F2、F11~F14‧‧‧側緣部分

G‧‧‧間隙

W、W1‧‧‧光波導

圖1(a)是將本發明之位置感測器之第1實施形態示意地顯示的平面圖，(b)是其中央部分的擴大截面圖。

圖2是將本發明之位置感測器之第2實施形態示意地顯示的平面圖。

圖3(a)~(f)是將上述位置感測器中格子狀部分之芯的交差形態示意地顯示的擴大平面圖。

圖4(a)、(b)是將上述格子狀部分之芯之交差部中光的前進路徑示意地顯示的擴大平面圖。

圖5是將習知之位置感測器示意地顯示的平面圖。

接著，根據圖式來詳細地說明本發明之實施形態。

圖1(a)是顯示本發明之位置感測器之第1實施形態的平面圖，圖1(b)是將其中央部之截面放大的圖。該實施形態之位置感測器包含有略四角形片狀的光波導W，該光波導W是在略四角形片狀下包層1之表面，形成片狀芯圖案構件，並且在被覆該芯圖案構件之狀態，於上述下包層1之表面，形成有上包層3，而該片狀芯圖案構件具有將複數條線狀光路用之芯2縱橫地配置而成的格子狀部分2A、與以從該格子狀部分2A之芯2延伸設置並沿著該格子狀部分2A之外周之狀態而配置的複數個芯外周部分2B~2G。又，該實施形態之位置感測器具有：配置於上述光波導W之角落部分的2個發光元件〔圖1(a)中為右上角部分有1個與右下角部分有1個〕4A、4B、與4個受光元件〔圖1(a)中為左上角部分有1個、左下角部分有2個及右下角部分有1個〕5A~5D。且，從上述芯圖案構件之格子狀部分2A到受光元件5A~5D之複數個芯外周部分2D~2G，在形成有該核心外周部分2D~2G之略四角形片狀光波導W的側緣部分F1、F2，是以2等分成沿著該側緣之其中一方側與另一方側之狀態來配置。如上所述，將連接於受光元件之芯外周部分分開來配置是本發明的一大特徴。

即，在圖1(a)所示之芯圖案構件，連接於右上角部分之發光元件4A的芯外周部分2B沿著格子狀部分2A之上側緣延伸到左上角部，分歧成該格子狀部分2A之縱向芯2。且，朝上述格子狀部分2A之縱向分岐之芯2當中，距上述格子狀部分2A之中央位於較左側的芯2從其之下端部沿 著上述格子狀部分2A之下側緣，朝左方延伸(符號2D)，連接於左下角部分之受光元件5A，距上述格子狀部分2A之中央位於較右側之芯2從其之下端部沿著上述格子狀部分2A之下側緣，朝右方延伸(符號2E)，連接於右下角部分之受光元件5B。且，從上述格子狀部分2A之縱向芯2之下端部到左右兩側之受光元件5A、5B的芯2(芯外周部分2D、2E)以在相鄰之芯2之間空出間隙並彼此平行之狀態來形成，利用這些平行的芯2來形成芯群。

又，同樣地，連接於右下角部分之發光元件4B之芯外周部分2C沿著格子狀部分2A之右側緣延伸到右上角部，並分歧成該格子狀部分2A之橫向芯2。且，朝上述格子狀部分2A之橫向分岐之芯2當中，距上述格子狀部分2A之中央位於較上側之芯2從其之左端部，沿著上述格子狀部分2A之左側緣，朝上方向延伸(符號2F)，連接於左上角部分之受光元件5C，又，距上述格子狀部分2A之中央位於較下側之芯2從其之左端部，沿著上述格子狀部分2A之左側緣，朝下方延伸(符號2G)，連接於左下角部分之受光元件5D。且，從上述格子狀部分2A之橫向芯2之左端部到上下兩側之受光元件5C、5D的芯2(芯外周部分2F、2G)以在相鄰之芯2之間隔出間隙並彼此平行之狀態來形成，利用這些平行的芯2來形成芯群。

如上所述，利用上述特徴(分開連接於受光元件之芯外周部分地來配置)，分開後之芯外周部分2B~2E的寬度比分開前之原本芯外周部分的寬度變得更小。故，便可 使形成有上述分開後之芯外周部分2B~2E之略四角形片狀光波導的側緣部分F1、F2的寬度變小。其結果，可使上述位置感測器省空間化(小型化)。

而，圖1(a)中，將芯2以鏈線顯示，鏈線之粗度顯示了芯2的粗度。進而，省略格子狀之芯2的數量，使諸芯2之間隔加寬地圖示。且，箭頭顯示光所前進的方向。

又，上述位置感測器中，從其中一方之發光元件4A所發光的光經過芯圖案構件，以上述受光元件5A、5B來接收，從另一方之發光元件4B所發光的光經過芯圖案構件，以上述受光元件5C、5D來接收。且，與上述芯圖案構件之格子狀部分2A對應之上包層3的表面部分〔在圖1(a)之中央以一點鏈線顯示的長方形部分〕成為輸入區域3A。

且，朝上述位置感測器之文字等的輸入是藉由對上述輸入區域3A直接或透過樹脂薄膜或紙等，以筆等之輸入體來書寫文字等來進行。此時，上述輸入區域3A以筆尖等來按壓，該按壓部分之芯2變形，該芯2之光傳播量便降低。故，上述按壓部分之芯2中，從在上述受光元件5A~5D之受光程度降低，便可檢測上述按壓位置(XY座標)。

在此，上述位置感測器中，如先前所述，從以從上述芯圖案構件之格子狀部分2A到達受光元件5A~5D之芯外周部分2B~2E已被分開的狀態配置來看，便可縮短從上述格子狀部分2A到受光元件5A~5D之芯2的長度(光之傳播距離)。故，可使光之傳播效率提升，其結果，可使上述按壓位置之檢測性提升。

又，上述光波導W中，芯2之彈性率宜設定為比下包層1與上包層3之彈性率更大。其理由是當彈性率之設定為其之相反時，芯2之周邊就會變硬，故，比按壓上包層3之輸入區域3A之部分的筆尖等面積更加寬廣面積之光波導W部分便凹陷，會有不易正確地檢測按壓位置之傾向。因此，作為各彈性率，例如，宜為芯2之彈性率設定在1GPa以上10GPa以下之範圍內，上包層3之彈性率設定在0.1GPa以上並未滿10GPa之範圍內，下包層1之彈性率設定在0.1MPa以上1GPa以下之範圍內。此時，芯2之彈性率較大，故，用較小之按壓力，芯2不會崩塌(芯2之截面積不會變小)，但因按壓光波導W會凹陷，故，從與該凹陷之部分對應之芯2所彎曲之部分，光之洩漏(散射)會產生，該芯2中，在受光元件5之受光程度降低，故，便可檢測按壓位置。

作為上述下包層1、芯2及上包層3之形成材料，可舉例有感光性樹脂、熱硬化性樹脂等，利用根據形成材料之製法，便可製作光波導W。又，芯2之折射率設定為比下包層1與上包層3之折射率更大。該折射率與上述彈性率之調整例如可調整各形成材料之種類之選擇或組成比率來進行。且，各層之厚度例如下包層1設定成在10~500μm之範圍內，芯2在5~100μm之範圍內，上包層3在1~200μm之範圍內。而，作為上述下包層1，亦可使用橡膠片，並在該橡膠片上將芯2形成為格子狀。

圖2是顯示本發明之位置感測器之第2實施形態的平面圖。該實施形態之位置感測器在圖1(a)、(b)所示之 上述第1實施形態中，在連接有受光元件5A~5D之2處側緣部分F1、F2的中央部，分別各追加1個受光元件5E、5F，又，從芯圖案構件之格子狀部分2A到受光元件5A~5F之芯外周部分2P~2U是以3等分配置於上述側緣部分F1、F2之中央部與其之兩側的狀態來配置。其以外之部分與上述第1實施形態相同，對於相同之部分賦予相同符號。

即，圖2所示之芯圖案構件中，上述格子狀部分2A之縱向芯2當中，位於中央部之芯2從其之下端部，朝下方延伸(符號2P)，連接於下側中央之受光元件5E，位於比上述格子狀部分2A之中央部更左側之芯2從其之下端部沿著上述格子狀部分2A之下側緣，朝左方延伸(符號2Q)，連接於左下角部分之受光元件5A，位於比上述格子狀部分2A之中央部更右側之芯2從其之下端部，沿著上述格子狀部分2A之下側緣，朝右方延伸(符號2R)，連接於右下角部分之受光元件5B。且，從上述格子狀部分2A之下端部到下側中央之受光元件5E的距離設定成不太會超過朝左右兩側來分開之芯外周部分2Q、2R的寬度。

又，同樣地，上述格子狀部分2A之橫向芯2當中，位於中央部之芯2從其之左端部，朝左方延伸(符號2S)，連接於左側中央之受光元件5F，位於比上述格子狀部分2A之中央部更上側之芯2從其之左端部沿著上述格子狀部分2A之左側緣，朝上方延伸(符號2T)，連接於左上角部分之受光元件5C，位於比上述格子狀部分2A之中央部更下側之芯2從其之左端部沿著上述格子狀部分2A之左側緣，朝下方 延伸(符號2U)，連接於左下角部分之受光元件5D。且，從上述格子狀部分2A之左端部到左側中央之受光元件5F的距離設定成不太會超過朝上下兩側分開之芯外周部分2T、2U的寬度。

該第2實施形態中，3等分上述芯群，故，分開後之芯外周部分2P~2U的寬度變得更小，便可使形成有其之芯外周部分2P~2U之側緣部分F1、F2的寬度變得更小。其結果，便可使上述位置感測器進一步更加省空間化(小型化)。

而，上述各實施形態中，格子狀部分2A之縱向也好橫向也好，已分開到受光元件5A~5D(或5A~5F)之芯外周部分2D~2G(或2P~2U)，但亦可使只從上述縱向或橫向任一方到受光元件5A、5B(或5C、5D等)之芯外周部分2D、2E(或2F、2G等)如上所述地分開，而使來自另一方之芯外周部分2F、2G(或2D、2E等)不分開。此時，只有已分開芯群之側緣部分F1(或F2)寬度變小，但便可使上述位置感測器省空間化(小型化)。

又，上述各實施形態中，均分從格子狀部分2A到受光元件5A~5D(或5A~5F)之芯外周部分2D~2G(或2P~2U)(第1實施形態中為2等分，第2實施形態中為3等分)，但視情形，亦可用其他比率來分，例如分成二個時，可分成7：3或6：4等。

進而，上述各實施形態中，通常，如圖3(a)中擴大平面圖所示，格子狀部分2A之芯2的各交差部形成為交差 之4方向全部都連續的狀態，但其他狀態亦可。例如，如圖3(b)所示，亦可為只有交差之1方向利用間隙G來斷開成為不連續。上述間隙G是用下包層1或上包層3之形成材料來形成。該間隙G之寬度d超過0(零)(只要可形成間隙G即可)，通常設定為20μm以下。與此相同地，如圖3(c)、(d)所示，亦可為交差之2方向〔圖3(c)為相對向之2方向，圖3(d)為相鄰之2方向〕成為不連續，如圖3(e)所示，亦可為交差之3方向成為不連續，如圖3(f)所示，亦可為交差之4方向全部成為不連續。進而，亦可為具有圖3(a)~(f)所示之上述交差部當中2種類以上之交差部的格子狀。即，本發明中，所謂由複數條線狀芯2所形成之「格子狀」是指包含一部分到全部之交差部如上所述地形成者的意味。

當中，亦如圖3(b)~(f)所示，當使交差之至少1方向為不連續時，就可使光之交差損失減低。即，如圖4(a)所示，交差之4方向的全部連續之交差部中，當聚焦於該交差之1方向〔圖4(a)中為上方〕時，朝交差部入射之光的一部分就會到達與該光所來到之芯2正交之芯2的壁面2a，且在該壁面2a之入射角比臨界角更小，故，會透過芯2〔參照圖4(a)之二點鏈線的箭頭〕。上述光之透過亦會在交差之與上述相反側的方向〔圖4(a)中為下方〕產生。相對於此，如圖4(b)所示，當交差之1方向〔圖4(b)中為上方〕因間隙G成為不連續時，就會形成上述間隙G與芯2之界面，圖4(a)中透過芯2之光的一部分在上述界面之入射角比臨界角更大，故，不會透過該界面，而在該界面反射，繼續在芯2前 進〔參照圖4(b)之二點鏈線的箭頭〕。由此來看，如先前所述，當使交差之至少1方向為不連續時，就可使光之交差損失減低。其結果，可提高筆尖等之按壓位置的檢測感度。

接著，針對實施例、與比較例合併地來說明。但，本發明並不限定於實施例。

[實施例]

〔實施例1〕

〔下包層及上包層之形成材料〕

成分a：環氧基樹脂(三菱化學公司製、YL7410)60重量份。

成分b：環氧基樹脂(DAICEL公司製、EHPE3150)40重量份。

成分c：光酸發生劑(San-Apro公司製、CPI101A)4重量份。

藉由混合這些成分a~c，調製出下包層與上包層之形成材料。

〔芯之形成材料〕

成分d：環氧基樹脂(DAICEL公司製、EHPE3150)90重量份。

成分e：環氧基樹脂(三菱化學公司製、環氧樹脂1002)10重量份。

成分f：光酸發生劑(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。

藉由混合這些成分d~g，調製出芯之形成材料。

〔光波導之製作〕

首先，使用上述下包層之形成材料，利用旋轉塗抹法，形成略四角形狀之下包層。該下包層之厚度為25μm。彈性率為240MPa，折射率為1.496。而，彈性率之測定是使用了黏彈性測定裝置(TA instruments Japan Inc.公司製、RSA3)。

接著，在上述下包層之表面，使用上述芯之形成材料，利用光刻法，來形成具有複數條線狀芯所構成之格子狀部分與外周部分的片狀芯圖案構件。在此，上述格子狀部分之芯的條數是縱向為350條，橫向為495條，從上述格子狀部分到連接於受光元件之芯外周部分使縱向芯依分別各175條的2等分地配置於兩側，並使橫向芯分成248條與247條來配置於兩側〔參照圖1(a)〕。上述格子狀部分(輸入區域)之尺寸為縱210mm×橫297mm。又，上述芯之寬度為100μm，厚度為50μm，格子狀部分中相鄰之平行的線狀芯與芯之間的間隙寬度為500μm。彈性率為1.58GPa，折射率為1.516。

接下來，在上述下包層之表面，使用上述上包層之形成材料，利用旋轉塗抹法來形成上包層而被覆上述芯圖案構件。該上包層之厚度(距芯之表面之厚度)為40μm。彈性率為240MPa，折射率為1.496。如此一來，製作出約四角形片狀之光波導。

〔位置感測器之製作〕

準備2個發光元件(Optowell公司製、XH85-S0603-2s)、 與4個受光元件(濱松Photonics公司製、s10226)。且，對延伸設置有上述芯圖案構件之格子狀部分之縱向芯之外周部分的芯其中一端面連接1個發光元件，對該芯之另一端面連接2個受光元件，又，對延伸設置有上述格子狀部分之橫向芯之外周部分芯的其中一端面連接剩餘之1個發光元件，對該芯之另一端面連接剩餘之2個受光元件〔參照圖1(a)〕。

〔實施例2〕

上述實施例1中，使用6個上述受光元件，使從上述格子狀部分到連接於受光元件之芯外周部分3等分地配置於兩側與中央部(參照圖2)。其以外之部分與上述實施例1相同。

〔比較例〕

上述實施例1中，使用2個上述受光元件，使從上述格子狀部分到連接於受光元件之芯外周部分為不分開者。其以外之部分與上述實施例1相同。

〔芯群之寬度的測定〕

針對上述格子狀部分之縱向芯，測定從該格子狀部分到連接於受光元件之芯外周部分的寬度。其結果，實施例1為15.0mm，實施例2為10.0mm，比較例為30.0mm。

針對上述格子狀部分之橫向芯，亦測定從該格子狀部分到連接於受光元件之芯外周部分的寬度。其結果，實施例1為26.5mm，實施例2為21.0mm，比較例為42.5mm。

從上述結果，可得知上述芯外周部分之寬度是可使實施例1、2比比較例更小，謀求省空間化。當中，可得 知3等分上述芯外周部分之實施例2比2等分之實施例1更可謀求進一步之省空間化。

上述實施例中，已針對本發明之具體的形態來顯示、但上述實施例單純只是例示，而非限定地解釋。該業者可謀求明顯的各種變形在本發明之範圍內。

產業上之可利用性

本發明之位置感測器可利用於謀求省空間化之情形。

1‧‧‧下包層

2‧‧‧芯

2A‧‧‧格子狀部分

2B~2G‧‧‧芯外周部分

3‧‧‧上包層

3A‧‧‧輸入區域

4A、4B‧‧‧發光元件

5A~5D‧‧‧受光元件

F1、F2‧‧‧側緣部分

W‧‧‧光波導

Claims (1)

1. 一種位置感測器，包含有：略四角形片狀的光波導，為用包覆層被覆片狀的芯圖案構件，該片狀的芯圖案構件包含有：具有複數個以連續狀態縱橫地配置線狀芯而成之格子的格子狀部分、與以從該格子狀部分之芯延伸設置並沿著該格子狀部分之外周的狀態而配置的複數個芯外周部分；及發光元件與受光元件，連接於該光波導之芯；該位置感測器之特徵在於：在上述光波導之其中一側緣，從上述格子狀部分之芯延伸設置而到上述受光元件之複數個芯外周部分是分成沿著上述光波導之其中一側緣之一方向與另一方向，且各自之端部連接於對應的受光元件，且，將與上述芯圖案構件之格子狀部分對應之包覆層的表面部分作為輸入區域，並利用因按壓而變化之芯的光傳播量來判定該輸入區域的該按壓位置。