WO2016043047A1 - 位置センサ - Google Patents

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WO2016043047A1
WO2016043047A1 PCT/JP2015/074903 JP2015074903W WO2016043047A1 WO 2016043047 A1 WO2016043047 A1 WO 2016043047A1 JP 2015074903 W JP2015074903 W JP 2015074903W WO 2016043047 A1 WO2016043047 A1 WO 2016043047A1
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core
lattice
light
outer peripheral
position sensor
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PCT/JP2015/074903
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Inventor
良真 吉岡
裕介 清水
柴田　直樹
Original Assignee
日東電工株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means

Definitions

  • the present invention relates to a position sensor that optically detects a pressed position.
  • the present applicant has proposed a position sensor that optically detects the pressed position (see, for example, Patent Document 1).
  • this has a rectangular sheet-shaped optical waveguide W ⁇ b> 1 in which a sheet-shaped core pattern member is sandwiched between a rectangular sheet-like under cladding layer 11 and an over cladding layer 13.
  • the core pattern member includes a lattice-shaped portion 12A formed by arranging a plurality of linear optical path cores 12 vertically and horizontally, and extends from the core 12 of the lattice-shaped portion 12A to the outer periphery of the lattice-shaped portion 12A.
  • outer peripheral portions 12B to 12E arranged in a line.
  • the light emitting element 14 is connected to one end surface of the core 12 of the outer peripheral portion 12B of the core pattern member, and the light receiving element 15 is connected to the other end surface of the core 12 (end surface of the core 12 of the outer peripheral portions 12D and 12E).
  • the light emitted from the light emitting element 14 passes through the outer peripheral portions 12D and 12E on the opposite side through the lattice portion 12A from the outer peripheral portions 12B and 12C connected to the light emitting element 14 through the core 12.
  • the light receiving element 15 receives light.
  • a surface portion of the over clad layer 13 corresponding to the lattice portion 12A (a rectangular portion indicated by a one-dot chain line in the center of FIG. 4) is an input region 13A of the position sensor.
  • the input area 13A When inputting, the input area 13A is pressed with, for example, an input pen tip. Thereby, the core 12 of the pressed portion is deformed, and the light propagation amount of the core 12 is reduced. Therefore, in the core 12 of the pressing portion, the light receiving level at the light receiving element 15 is lowered, so that the pressing position can be detected.
  • a light emitting element and a light receiving element are mounted on an electric circuit board. From the viewpoint of reducing the manufacturing cost by making the electric circuit board as compact as possible, the light emitting element and the light receiving element are combined. It is common technical knowledge to place them close together. In fact, in the position sensor shown in FIG. 4, both the light emitting element 14 and the light receiving element 15 are provided on one side (the lower end side in FIG. 4) of the rectangular sheet-shaped optical waveguide W ⁇ b> 1. Are placed close together.
  • the light emitted from one light emitting element 14 is in the vertical direction of the lattice-shaped portion 12A.
  • the core 12 from the light emitting element 14 extends along the side surface (left side surface in FIG. 4) of the lattice portion 12 ⁇ / b> A along one corner (upper left in FIG. 4).
  • the cores 12p, 12q, and 12r on the light emitting element 14 side are thick from the light emitting element 14 to start branching into a plurality of vertical and horizontal cores 12s constituting the lattice portion 12A, and the number of branches increases from there to the tip side. It gradually gets thinner as you go. This is because the light emitted from the light emitting element 14 is sequentially branched, and the amount of light is reduced at the cutting edge.
  • the two arcs have a large radius so that light hardly leaks and propagates gently in the two arcs of the branching portion.
  • the inverted U-shaped width T1 of the outer peripheral portion (the outer peripheral portion on the left side in FIG. 4) 12B where the branch portion is formed is increased, and the peripheral portion F1 of the optical waveguide W1 corresponding to the outer peripheral portion 12B.
  • the width (frame width) is also increased.
  • the position sensor requires a large space. In this respect, the position sensor has room for improvement.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a position sensor capable of saving space.
  • a position sensor includes a lattice portion composed of a plurality of linear cores, and is bent from the core of the lattice portion so as to extend along the outer periphery of the lattice portion.
  • a sheet-shaped optical waveguide sandwiched between two sheet-shaped clad layers, a light-emitting element connected to the core of the optical waveguide,
  • a position sensor including a light receiving element, wherein at least a part of the bent portion of the core of the outer peripheral portion is a square portion, and an outer portion of the square portion is in an axial direction of the core.
  • the inclined surface is a light reflecting surface that reflects light and changes the optical path along the angular portion, and the light emitted from the light emitting element is The light receiving element through the core of the optical waveguide
  • the surface portion of the position sensor corresponding to the lattice-shaped portion of the core pattern member that is received is used as an input region, and the pressing position in the input region is specified by the amount of light propagation of the core changed by the pressing. .
  • the periphery of the outer peripheral core is covered with the cladding layer.
  • the refractive index of the core is set higher than the refractive index of the surrounding cladding layer. Therefore, light is reflected by the outer inclined surface at the angular portion of the core.
  • the position sensor of the present invention is arranged in a state where the core of the outer peripheral portion where the core of the lattice-like portion is extended is bent along the outer periphery of the lattice-like portion, and at least one of the bent portions.
  • the part is a square part.
  • the bent portion is a horn portion
  • the outer portion of the horn portion is formed on an inclined surface inclined by a predetermined angle with respect to the axial direction of the core, and the inclined surface reflects light. Since it is a light reflecting surface that converts the optical path along the angular portion, light can appropriately propagate through the core. That is, unlike the prior art, the bent portion does not have an arc shape with a large radius, but has a square portion as described above.
  • the position sensor of the present invention can save space.
  • the angular portion of the core in the outer peripheral portion is right-angled, and the inclined angle of the inclined surface of the outer portion of the right-angled angular portion with respect to the axial direction of the core is 45 °, and the inclined surface
  • the angular portion of the core in the outer peripheral portion is a right angle, and therefore the design and manufacture of the core in the outer peripheral portion is simplified.
  • (A) is a top view which shows typically one Embodiment of the position sensor of this invention
  • (b) is an expanded sectional view of the center part
  • (c) is the above-mentioned It is an enlarged view of the bending part of the core enclosed with the circles C and D of (a).
  • (A) to (f) are enlarged plan views schematically showing the crossing form of the cores of the lattice-like portion in the position sensor.
  • (B) is an enlarged plan view which shows typically the course of the light in the cross
  • FIG. 1 (a) is a plan view showing an embodiment of the position sensor of the present invention
  • FIG. 1 (b) is an enlarged view of the cross section of the central portion thereof.
  • the position sensor of this embodiment includes a substantially rectangular sheet-shaped optical waveguide W and two light-emitting elements 4 and 2 arranged on one side of the optical waveguide W (the lower side in FIG. 1A).
  • Light receiving elements 5 are substantially rectangular sheet-shaped optical waveguide W and two light-emitting elements 4 and 2 arranged on one side of the optical waveguide W (the lower side in FIG. 1A).
  • a feature of the position sensor of this embodiment is that an inverted U-shaped bent portion of the core 2 from the light emitting element 4 surrounded by a circle C in FIG. 1A is an enlarged view of FIG. As shown, it consists of two continuous rectangular sections. Due to this feature, the reverse U-shaped width T of the outer peripheral portion (the left outer peripheral portion in FIG. 1A) 2B formed with the inverted U-shaped bent portion can be reduced, and the outer peripheral portion 2B. The width (frame width) of the peripheral portion F of the optical waveguide corresponding to can be reduced. As a result, the position sensor can save space.
  • a 90 ° bent portion of the core 2 from the light emitting element 4 surrounded by a circle D is also formed in a right-angled angular portion as shown in an enlarged view in FIG. It has been characterized. With this feature, the width of the outer peripheral portion 2D required for bending the core 2 can be reduced.
  • the optical waveguide W is extended on the surface of the substantially quadrilateral sheet-like under cladding layer 1 from a lattice portion 2A composed of a plurality of linear optical path cores 2 and the core 2 of the lattice portion 2A.
  • a sheet-like core pattern member having outer peripheral portions 2B to 2E arranged in a bent state along the outer periphery of the lattice-like portion 2A is formed (see FIG. 1A).
  • an over clad layer 3 is formed on the surface of the under clad layer 1 (see FIG. 1B).
  • One end face and the other end face of the core 2 of the outer peripheral portions 2B and 2D are positioned on one side of the substantially rectangular sheet-shaped optical waveguide W [lower end side in FIG. 1A].
  • the core 2 is indicated by a chain line, and the thickness of the chain line indicates the thickness of the core 2.
  • the core 2 on the side of the light emitting element [in this embodiment, the left and right light emitting elements in FIG.
  • FIG. 1A the number of cores 2s of the lattice-like portion 2A is omitted, and the interval between the cores 2s is widened.
  • the arrow of Fig.1 (a) has shown the direction where light travels.
  • one light emitting element 4 is connected to one end surface of the core 2 of the outer peripheral portion 2D in which the longitudinal core 2 of the lattice-shaped portion 2A of the core pattern member is extended, and the other end surface of the core 2
  • One light receiving element 5 is connected to the end surface of the core 2 of the outer peripheral portion 2E, and one end surface of the core 2 of the outer peripheral portion 2B in which the horizontal core 2 of the lattice-shaped portion 2A is extended, The remaining one light emitting element 4 is connected, and the remaining one light receiving element 5 is connected to the other end face of the core 2 (the end face of the core 2 of the outer peripheral portion 2D).
  • the light emitted from the light emitting element 4 passes through the core 2 from the outer peripheral parts 2B and 2C connected to the light emitting element 4 through the lattice-like part 2A and the outer peripheral part 2D on the opposite side. , 2E, and the light receiving element 5 receives the light.
  • the surface portion of the over clad layer 3 corresponding to the lattice-like portion 2A of the core pattern member is an input region 3A.
  • the core 2 from the light emitting element 4 of one of the two light emitting elements 4 is one side surface of the lattice portion 2A [ 1A (left side in FIG. 1A) extends to one corner of the grid-like portion 2A (upper left corner in FIG. 1A) (reference numeral 2p), and extends perpendicularly from the tip [FIG. ) Is bent 90 degrees to the right (reference 2q), and is immediately further bent at a right angle (down 90 degrees in FIG. 1A) (reference 2r), thereby 180 ° (inverted U-shape). Bend and extend. And it branches to each core 2 (code
  • the core 2 from the light emitting element 4 of the remaining one has its lattice shape along the other side surface (right side surface in FIG. 1A) of the lattice portion 2A. Extends to the other corner of the portion 2A (upper right corner in FIG. 1 (a)) (reference numeral 2t), and bends and extends 90 ° (90 ° to the left in FIG. 1 (a)) perpendicularly from the tip. (Reference numeral 2u). And it is branched to each core 2 (code
  • the 180 ° (inverted U-shaped) bent portion (the square portion surrounded by the circle C in FIG. 1A), unlike the prior art (see FIG. 4), it has an arc shape with a large radius.
  • the right-angled angular portion is in a state of being continuous twice. Therefore, the width T of the outer peripheral portion (the outer peripheral portion on the left side in FIG. 1A) 2B formed with the above-mentioned square portion can be reduced, and the width of the peripheral portion F of the optical waveguide corresponding to the outer peripheral portion 2B. (Frame width) can also be reduced. As a result, the position sensor can save space.
  • the portion bent 90 ° (perpendicularly) (the square portion surrounded by the circle D in FIG. 1A) has an arc shape with a large radius, unlike the prior art (see FIG. 4). Since it is a right-angled square portion, the width of the outer peripheral portion 2D can be reduced and the core 2 can be bent.
  • the position sensor can easily cope with the enlargement of the input area 3A and the improvement of the detection accuracy of the pressed position.
  • the light in these two directions can be individually controlled. Can do. Thereby, the intensity of light can be made equal in the vertical direction and the horizontal direction, and the detectability of the pressed position can be improved.
  • the input of characters or the like to the position sensor is performed by writing the characters or the like in the input area 3A directly or via a resin film or paper with an input body such as a pen.
  • the input area 3A is pressed with a pen tip or the like, the core 2 of the pressed portion is deformed, and the light propagation amount of the core 2 is reduced. Therefore, in the core 2 of the pressing portion, the light receiving level at the light receiving element 5 is lowered, so that the pressing position (XY coordinate) can be detected.
  • the elastic modulus of the core 2 is preferably set to be larger than the elastic modulus of the under cladding layer 1 and the over cladding layer 3. The reason is that if the elastic modulus is set in the opposite direction, the periphery of the core 2 becomes hard, so that the optical waveguide having an area considerably larger than the area of the pen tip or the like that presses the input region 3A portion of the over clad layer 3 This is because the W portion is recessed and it is difficult to accurately detect the pressed position.
  • each elastic modulus for example, the elastic modulus of the core 2 is set within a range of 1 GPa or more and 10 GPa or less, and the elastic modulus of the over clad layer 3 is set within a range of 0.1 GPa or more and less than 10 GPa
  • the elastic modulus of the under cladding layer 1 is preferably set within a range of 0.1 MPa to 1 GPa.
  • the elastic modulus of the core 2 is large, the core 2 is not crushed by a small pressing force (the cross-sectional area of the core 2 is not reduced), but the optical waveguide W is recessed by the pressing, and therefore corresponds to the recessed portion.
  • Light leakage (scattering) occurs from the bent portion of the core 2, and in the core 2, the light receiving level at the light receiving element 5 decreases, so that the pressed position can be detected.
  • Examples of the material for forming the under cladding layer 1, the core 2 and the over cladding layer 3 include a photosensitive resin, a thermosetting resin, and the like, and the optical waveguide W can be manufactured by a manufacturing method corresponding to the forming material.
  • the refractive index of the core 2 is set to be larger than the refractive indexes of the under cladding layer 1 and the over cladding layer 3.
  • the refractive index and the elastic modulus can be adjusted by, for example, selecting the type of each forming material and adjusting the composition ratio.
  • each layer is set, for example, in the range of 10 to 500 ⁇ m for the under cladding layer 1, in the range of 5 to 100 ⁇ m for the core 2, and in the range of 1 to 200 ⁇ m for the over cladding layer 3.
  • a rubber sheet may be used as the undercladding layer 1 and the cores 2 may be formed in a lattice shape on the rubber sheet.
  • each of the intersecting portions of the core 2 of the lattice-shaped portion 2A is normally formed in a state in which all of the four intersecting directions are continuous, as shown in an enlarged plan view in FIG. Others are acceptable.
  • FIG. 2B only one intersecting direction may be divided by the gap G and discontinuous.
  • the gap G is formed of a material for forming the under cladding layer 1 or the over cladding layer 3.
  • the width d of the gap G exceeds 0 (zero), and is usually set to 20 ⁇ m or less.
  • two intersecting directions two opposing directions in FIG. 2 (c) and two adjacent directions in FIG.
  • the three intersecting directions may be discontinuous, or as shown in FIG. 2 (f), all the four intersecting directions may be discontinuous. It may be discontinuous.
  • the light crossing loss can be reduced. That is, as shown in FIG. 3 (a), in an intersection where all four intersecting directions are continuous, if one of the intersecting directions (upward in FIG. 3 (a)) is noted, the light incident on the intersection Part of the light reaches the wall surface 2a of the core 2 orthogonal to the core 2 through which the light has traveled, and the incident angle at the wall surface is smaller than the critical angle, so that the light passes through the core 2 [FIG. )) Such transmission of light also occurs in the direction opposite to the above (downward in FIG. 3A). On the other hand, as shown in FIG.
  • the bending part of the core 2 of the outer peripheral parts 2B and 2D was made into the right angle shape (90 degrees), it is good also as a square part of another angle. In that case, the angle of the outer inclined surface 2b is set so that light is reflected along the angular portion.
  • Component a 60 parts by weight of an epoxy resin (Mitsubishi Chemical Corporation YL7410).
  • Component b 40 parts by weight of epoxy resin (manufactured by Daicel, EHPE3150).
  • Component c 4 parts by weight of a photoacid generator (manufactured by Sun Apro, CPI101A).
  • Component d 90 parts by weight of an epoxy resin (manufactured by Daicel Corporation, EHPE3150).
  • Component e 10 parts by weight of an epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, Epicoat 1002).
  • Component f 1 part by weight of a photoacid generator (manufactured by ADEKA, SP170).
  • Component g 50 parts by weight of ethyl lactate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., solvent).
  • a core forming material was prepared by mixing these components d to g.
  • a substantially rectangular undercladding layer was formed by spin coating using the undercladding layer forming material.
  • the thickness of this under cladding layer was 25 ⁇ m.
  • the elastic modulus was 240 MPa and the refractive index was 1.496.
  • the elastic modulus was measured using a viscoelasticity measuring device (TA instruments Japan Inc., RSA3).
  • a sheet-like core pattern member having a lattice-shaped portion composed of a plurality of linear cores and an outer peripheral portion is formed on the surface of the under-cladding layer by the photolithography method using the core forming material.
  • the core connected to the light emitting element has a right-angled bent portion from the connecting portion with the light emitting element to the lattice portion, and one core is bent by 180 ° [FIG. ) And (c)], and the other core was bent 90 [deg.] (Similar to FIGS. 1 (a) and (d)).
  • each end face of the core in the outer peripheral portion was positioned on one side of the rectangular shape of the under cladding layer [see FIG.
  • the size of the grid portion (input area) was 210 mm long ⁇ 297 mm wide.
  • the width of the core was 100 ⁇ m, the thickness was 50 ⁇ m, and the width of the gap between adjacent parallel linear cores in the lattice portion was 500 ⁇ m.
  • the elastic modulus was 1.58 GPa and the refractive index was 1.516.
  • an over clad layer was formed on the surface of the under clad layer by spin coating using the over clad layer forming material so as to cover the core pattern member.
  • the thickness of this over clad layer was 40 ⁇ m.
  • the elastic modulus was 240 MPa and the refractive index was 1.496. In this way, a substantially rectangular sheet-shaped optical waveguide was produced.
  • the core connected to the light emitting element is less likely to leak light from the core, and until the light is gently propagated in the core until it branches from the connecting portion with the light emitting element to the lattice portion.
  • the bent portion was formed into an arc shape, and a 90 ° bent portion and a 180 ° bent portion were formed (see FIG. 4).
  • each end surface of the core of the outer peripheral part of the core pattern member was positioned on one side of the rectangular shape of the under cladding layer (see FIG. 4).
  • one light emitting element and one light receiving element are provided, and one light emitting element is connected to one end face of both cores of the outer peripheral part extending in the vertical direction and the horizontal direction of the lattice-like part, One light receiving element was connected to the other end surface (see FIG. 4).
  • the width (T, T1) of the outer peripheral portion where the portion where the core was bent by 180 ° was formed was measured. As a result, in the example, it was 25 mm (T), whereas in the comparative example, it was 35 mm (T1) [see FIG. 1 (a), FIG. 4].
  • the position sensor of the embodiment can save space compared to the position sensor of the comparative example.
  • the position sensor of the present invention can be used for space saving.

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Abstract

　省スペース化を図ることができる位置センサを提供する。この位置センサは、複数の線状のコア２からなる格子状部分２Ａと、この格子状部分２Ａのコア２から延設されてその格子状部分２Ａ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２Ｂ～２Ｅとを備えたシート状のコアパターン部材を、アンダークラッド層１とオーバークラッド層３とで挟持したシート状の光導波路Ｗを備えている。そして、上記外周部分２Ｂのコア２の曲げ部分のうちの少なくとも一部が、角状部になっており、その角状部の外側部分が、コア２の軸方向に対して所定角度傾斜した傾斜面２ｂに形成され、その傾斜面２ｂが、光を反射して光路を上記角状部に沿って変換する光反射面になっている。

Description

位置センサ
　本発明は、押圧位置を光学的に検知する位置センサに関するものである。
　本出願人は、これまでに、押圧位置を光学的に検知する位置センサを提案している（例えば、特許文献１参照）。このものは、図４に示すように、シート状のコアパターン部材を四角形シート状のアンダークラッド層１１とオーバークラッド層１３とで挟持した四角形シート状の光導波路Ｗ１を有している。上記コアパターン部材は、複数の線状の光路用のコア１２を縦横に配置してなる格子状部分１２Ａと、この格子状部分１２Ａのコア１２から延設されてその格子状部分１２Ａの外周に沿った状態で配置された外周部分１２Ｂ～１２Ｅとを備えている。また、上記コアパターン部材の外周部分１２Ｂのコア１２の一端面に、発光素子１４が接続され、そのコア１２の他端面（外周部分１２Ｄ，１２Ｅのコア１２の端面）に、受光素子１５が接続されている。そして、上記発光素子１４から発光された光は、コア１２の中を、その発光素子１４に接続された外周部分１２Ｂ，１２Ｃから格子状部分１２Ａを経て反対側の外周部分１２Ｄ，１２Ｅを通り、上記受光素子１５で受光されるようになっている。上記格子状部分１２Ａに対応するオーバークラッド層１３の表面部分（図４の中央に一点鎖線で示す長方形部分）が、位置センサの入力領域１３Ａとなっている。
　そして、入力する際には、上記入力領域１３Ａを、例えば入力用のペン先で押圧することが行われる。それにより、その押圧部分のコア１２が変形し、そのコア１２の光伝播量が低下する。そのため、上記押圧部分のコア１２では、上記受光素子１５での受光レベルが低下することから、上記押圧位置を検知できるようになっている。
特許第５５１３６５６号公報
　一般に、この種の位置センサでは、発光素子および受光素子が電気回路基板に実装されており、その電気回路基板をできる限りコンパクト化して製造コストの低減を図る観点から、発光素子と受光素子とを近づけて配置することが技術常識となっている。実際、図４に示す上記位置センサでは、発光素子１４も受光素子１５も、四角形シート状の光導波路Ｗ１の四角形状の一辺（図４では下端辺）に設けられており、両素子１４，１５を近づけた配置にしている。
　また、一般に、この種の位置センサでは、製造コストの観点から、発光素子および受光素子の個数をできる限り少なくすることが技術常識となっている。現実に、図４に示す上記位置センサでは、それぞれ１個ずつ用いられている。
　上記のように、製造コストの点で、発光素子１４および受光素子１５の配置および個数に制限があることから、１個の発光素子１４から出射された光は、格子状部分１２Ａの縦方向と横方向の２方向（ＸＹ方向）のコア１２に伝播されるよう、一旦、格子状部分１２Ａの縦横の側面に沿って９０°分岐させる必要がある。そのため、図４に示す上記位置センサでは、発光素子１４からのコア１２は、格子状部分１２Ａの側面（図４では左側面）に沿って、その格子状部分１２Ａの一角部（図４では左上角部）まで延び（符号１２ｐ）、その先端から円弧状に９０°曲げられて延びる部分（符号１２ｑ）と、上記先端から円弧状に１８０°（逆Ｕ字状に）曲げられて延びる部分（符号１２ｒ）とに分岐されている。発光素子１４側のコア１２ｐ，１２ｑ，１２ｒは、その発光素子１４から、格子状部分１２Ａを構成する複数の縦横のコア１２ｓに分岐開始するまでが太く、そこから先端側にかけて分岐数が多くなるにつれて徐々に細くなっている。これは、発光素子１４から出射された光が順次分岐され、最先端では光の量が少なくなるからである。
　ところが、上記分岐部分の二つの円弧状において、光が漏れ難く、なだらかに伝播するよう、上記二つの円弧状は、半径が大きく設定されている。一般に、コアの曲げ半径が小さいと、その中を伝播する光が漏れ易くなり、なだらかな伝播が困難となるからである。そのため、上記分岐部分が形成されている外周部分（図４では左側の外周部分）１２Ｂの逆Ｕ字状の幅Ｔ１が大きくなっており、その外周部分１２Ｂに対応する光導波路Ｗ１の周縁部分Ｆ１の幅（額縁幅）も大きくなっている。その結果、上記位置センサは、広いスペースを要するものとなっている。この点で上記位置センサは改良の余地がある。
　本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、省スペース化を図ることができる位置センサの提供をその目的とする。
　上記の目的を達成するため、本発明の位置センサは、複数の線状のコアからなる格子状部分と、この格子状部分のコア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を備えたシート状のコアパターン部材を、２層のシート状のクラッド層で挟持したシート状の光導波路と、この光導波路のコアに接続された発光素子および受光素子とを備えた位置センサであって、上記外周部分のコアの曲げ部分のうちの少なくとも一部が、角状部になっており、その角状部の外側部分が、コアの軸方向に対して所定角度傾斜した傾斜面に形成され、その傾斜面が、光を反射して光路を上記角状部に沿って変換する光反射面になっており、上記発光素子で発光された光が、上記光導波路のコアを経て、上記受光素子で受光され、上記コアパターン部材の格子状部分に対応する上記位置センサの表面部分を入力領域とし、その入力領域における押圧位置を、その押圧により変化したコアの光伝播量によって特定するという構成をとる。
　本発明の位置センサにおいて、上記外周部分のコアの周辺は、上記クラッド層で被覆されている。光導波路では、コアの屈折率の方が、その周辺のクラッド層の屈折率よりも高く設定されている。そのため、上記コアの角状部では、上記外側の傾斜面で光が反射するのである。
　本発明の位置センサは、格子状部分のコアが延設された外周部分のコアが、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ており、その曲げ部分のうちの少なくとも一部が、角状部になっている。このように曲げ部分が角状部であっても、その角状部の外側部分が、コアの軸方向に対して所定角度傾斜した傾斜面に形成され、その傾斜面が、光を反射して光路を上記角状部に沿って変換する光反射面になっているため、光がコアの中を適正に伝播することができる。すなわち、上記曲げ部分が、従来技術と異なり、半径の大きい円弧状になっておらず、上記のように角状部になっている。そのため、上記角状部が形成されたコアパターン部材の外周部分の幅を小さくすることができ、その外周部分に対応する光導波路の周縁部分の幅（額縁幅）も小さくすることができる。その結果、本発明の位置センサは、省スペース化を図ることができる。
　特に、上記外周部分のコアの角状部が、直角状であり、その直角状角状部の外側部分の上記傾斜面の、コアの軸方向に対する傾斜角度が、４５°であり、その傾斜面を光反射面とする光路変換角度が、９０°である場合には、上記外周部分のコアの角状部が直角状であることから、上記外周部分のコアの設計および製造が簡単となる。
（ａ）は、本発明の位置センサの一実施の形態を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、その中央部分の拡大断面図であり、（ｃ），（ｄ）は、上記（ａ）の円Ｃ，Ｄで囲ったコアの曲げ部分の拡大図である。 （ａ）～（ｆ）は、上記位置センサにおける格子状部分のコアの交差形態を模式的に示す拡大平面図である。 （ａ），（ｂ）は、上記格子状部分のコアの交差部における光の進路を模式的に示す拡大平面図である。 従来の位置センサを模式的に示す平面図である。
　つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
　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る。この実施の形態の位置センサは、略四角形シート状の光導波路Ｗと、この光導波路Ｗの四角形状の一辺〔図１（ａ）では下端辺〕に配置された２個の発光素子４および２個の受光素子５とを備えている。
　この実施の形態の位置センサの特徴は、図１（ａ）において、円Ｃで囲った、発光素子４からのコア２の逆Ｕ字状の曲げ部分が、図１（ｃ）に拡大図で示すように、連続した二つの直角状の角状部からなることである。この特徴により、上記逆Ｕ字状の曲げ部分が形成された外周部分〔図１（ａ）では左側の外周部分〕２Ｂの逆Ｕ字状の幅Ｔを小さくすることができ、その外周部分２Ｂに対応する光導波路の周縁部分Ｆの幅（額縁幅）も小さくすることができる。その結果、上記位置センサは、省スペース化を図ることができる。また、この実施の形態では、円Ｄで囲った、発光素子４からのコア２の９０°の曲げ部分も、図１（ｄ）に拡大図で示すように、直角状の角状部に形成されており、それを特徴としている。この特徴により、上記コア２の曲げに要する外周部分２Ｄの幅を小さくすることができる。
　以下に、この位置センサの全体を説明する。
　上記光導波路Ｗは、略四角形シート状のアンダークラッド層１の表面に、複数の線状の光路用のコア２からなる格子状部分２Ａと、この格子状部分２Ａのコア２から延設されてその格子状部分２Ａ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２Ｂ～２Ｅとを備えたシート状のコアパターン部材が形成され〔図１（ａ）参照〕、そのコアパターン部材を被覆した状態で、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３が形成されたもの〔図１（ｂ）参照〕となっている。そして、上記格子状部分２Ａの縦方向のコア２が延設された外周部分２Ｃ～２Ｅのコア２の一端面および他端面、ならびに上記格子状部分２Ａの横方向のコア２が延設された外周部分２Ｂ，２Ｄのコア２の一端面および他端面が、上記略四角形シート状の光導波路Ｗの四角形状の一辺〔図１（ａ）では下端辺〕に位置決めされている。なお、図１（ａ）では、コア２を鎖線で示しており、鎖線の太さがコア２の太さを示している。この実施の形態でも、図４に示す従来技術と同様、発光素子〔この実施の形態では図１（ａ）の左右の発光素子〕４側のコア２は、発光素子４から、格子状部分２Ａを構成する複数の縦横のコア２ｓに分岐開始するまでが太く、そこから先端にゆく程、上記縦横のコア２ｓに光を分岐して光量が少なくなるため、徐々に細くなっている。また、図１（ａ）では、格子状部分２Ａのコア２ｓの数を略しコア２ｓ同士の間隔を広げて図示している。また、図１（ａ）の矢印は、光の進む方向を示している。 
　そして、上記コアパターン部材の格子状部分２Ａの縦方向のコア２が延設された外周部分２Ｄのコア２の一端面に、１個の発光素子４が接続され、そのコア２の他端面（外周部分２Ｅのコア２の端面）に、１個の受光素子５が接続されており、上記格子状部分２Ａの横方向のコア２が延設された外周部分２Ｂのコア２の一端面に、残りの１個の発光素子４が接続され、そのコア２の他端面（外周部分２Ｄのコア２の端面）に、残りの１個の受光素子５が接続されている。このような位置センサにおいて、上記発光素子４から発光された光は、コア２の中を、その発光素子４に接続された外周部分２Ｂ，２Ｃから格子状部分２Ａを経て反対側の外周部分２Ｄ，２Ｅを通り、上記受光素子５で受光されるようになっている。そして、上記コアパターン部材の格子状部分２Ａに対応するオーバークラッド層３の表面部分〔図１（ａ）の中央に一点鎖線で示す長方形部分〕が、入力領域３Ａとなっている。
　この実施の形態では、先に述べたように、２個の発光素子４のうち１個〔図１（ａ）では左端〕の発光素子４からのコア２は、格子状部分２Ａの一側面〔図１（ａ）では左側面〕に沿って、その格子状部分２Ａの一角部〔図１（ａ）では左上角部〕まで延び（符号２ｐ）、その先端から直角状に〔図１（ａ）では右に９０°〕曲げられ（符号２ｑ）、直ちに、さらに直角状に〔図１（ａ）では下に９０°〕曲げられており（符号２ｒ）、それにより、１８０°（逆Ｕ字状に）曲げられて延びている。そして、格子状部分２Ａの横方向の各コア２（符号２ｓ）に分岐されている。
　また、残りの１個〔図１（ａ）では右端〕の発光素子４からのコア２は、格子状部分２Ａの他の側面〔図１（ａ）では右側面〕に沿って、その格子状部分２Ａの他の角部〔図１（ａ）では右上角部〕まで延び（符号２ｔ）、その先端から直角状に９０°〔図１（ａ）では左に９０°〕曲げられて延びている（符号２ｕ）。そして、格子状部分２Ａの縦方向の各コア２（符号２ｓ）に分岐されている。
　上記直角状に曲げられた角状部〔図１（ａ）の円Ｃ，Ｄで囲った角状部〕では、図１（ｃ），（ｄ）に拡大図で示すように、その直角状の外側部分が、コア２の軸方向に対して４５°傾斜した傾斜面２ｂに形成され、その傾斜面２ｂが、光を反射して光路を９０°変換する光反射面になっている。上記角状部の側壁（上記傾斜面２ｂを含む）の外側は、オーバークラッド層３であり、コア２よりも屈折率が低いため、上記傾斜面２ｂで光が反射するのである。それにより、上記直角状の角状部では、その角状部に沿って、光が適正に伝播するようになっている。
　そして、上記１８０°（逆Ｕ字状に）曲げられた部分〔図１（ａ）の円Ｃで囲った角状部〕では、従来技術（図４参照）と異なり、半径の大きい円弧状になっておらず、上記のように直角状の角状部が２回連続した状態になっている。そのため、上記角状部が形成された外周部分〔図１（ａ）では左側の外周部分〕２Ｂの幅Ｔを小さくすることができ、その外周部分２Ｂに対応する光導波路の周縁部分Ｆの幅（額縁幅）も小さくすることができる。その結果、上記位置センサは、省スペース化を図ることができる。また、上記９０°（直角状に）曲げられた部分〔図１（ａ）の円Ｄで囲った角状部〕でも、従来技術（図４参照）と異なり、半径の大きい円弧状になっておらず、直角状の角状部になっているため、外周部分２Ｄの幅を小さくして、コア２を曲げた状態にすることができる。
　さらに、上記位置センサの入力領域３Ａを広くしたり、その入力領域３Ａにおける押圧位置の検知精度を向上させたりする場合、コア２の本数を多くする必要があるが、上記位置センサでは、上記のように、発光素子４および受光素子５をそれぞれ２個用いていることから、コア２の中を伝播する光の強度をあまり弱めることなく、コア２の増加に容易に対応することができる。すなわち、上記位置センサは、入力領域３Ａの拡大および押圧位置の検知精度の向上に容易に対応することができる。
　また、上記のように、格子状部分２Ａの縦方向と横方向の２方向（ＸＹ方向）それぞれに発光素子４および受光素子５を接続することにより、それら２方向の光を個別に制御することができる。それにより、縦方向と横方向とで光の強度を等しくし、押圧位置の検知性を向上させることができる。
　そして、上記位置センサへの文字等の入力は、上記入力領域３Ａに、直接または樹脂フィルムや紙等を介して、ペン等の入力体で文字等を書くことにより行われる。このとき、上記入力領域３Ａがペン先等で押圧され、その押圧部分のコア２が変形し、そのコア２の光伝播量が低下する。そのため、上記押圧部分のコア２では、上記受光素子５での受光レベルが低下することから、上記押圧位置（ＸＹ座標）を検知できるようになっている。
　また、上記光導波路Ｗでは、コア２の弾性率がアンダークラッド層１およびオーバークラッド層３の弾性率よりも大きく設定されていることが好ましい。その理由は、弾性率の設定がその逆であると、コア２の周辺が硬くなるため、オーバークラッド層３の入力領域３Ａの部分を押圧するペン先等の面積よりもかなり広い面積の光導波路Ｗの部分が凹み、押圧位置を正確に検知し難くなる傾向にあるからである。そこで、各弾性率としては、例えば、コア２の弾性率は、１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下の範囲内に設定され、オーバークラッド層３の弾性率は、０．１ＧＰａ以上１０ＧＰａ未満の範囲内に設定され、アンダークラッド層１の弾性率は、０．１ＭＰａ以上１ＧＰａ以下の範囲内に設定されることが好ましい。この場合、コア２の弾性率が大きいため、小さな押圧力では、コア２はつぶれない（コア２の断面積は小さくならない）ものの、押圧により光導波路Ｗが凹むため、その凹んだ部分に対応するコア２の曲がった部分から光の漏れ（散乱）が発生し、そのコア２では、受光素子５での受光レベルが低下することから、押圧位置を検知することができる。
　上記アンダークラッド層１，コア２およびオーバークラッド層３の形成材料としては、感光性樹脂，熱硬化性樹脂等があげられ、その形成材料に応じた製法により、光導波路Ｗを作製することができる。また、コア２の屈折率は、アンダークラッド層１およびオーバークラッド層３の屈折率よりも大きく設定されている。その屈折率および上記弾性率の調整は、例えば、各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。そして、各層の厚みは、例えば、アンダークラッド層１が１０～５００μｍの範囲内、コア２が５～１００μｍの範囲内、オーバークラッド層３が１～２００μｍの範囲内に設定される。なお、上記アンダークラッド層１として、ゴムシートを用い、そのゴムシート上にコア２を格子状に形成するようにしてもよい。
　さらに、上記実施の形態において、格子状部分２Ａのコア２の各交差部は、通常、図２（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２（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３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２（ｃ），（ｄ）に示すように、交差する２方向〔図２（ｃ）は対向する２方向、図２（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２（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２（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２（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２（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３（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３（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２ａに到達し、その壁面での入射角が臨界角よりも小さいことから、コア２を透過する〔図３（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３（ａ）では下方向〕でも発生する。これに対し、図３（ｂ）に示すように、交差する１方向〔図３（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３（ａ）においてコア２を透過する光の一部は、上記界面での入射角が臨界角よりも大きくことから、その界面を透過することなく、その界面で反射し、コア２を進み続ける〔図３（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。
　なお、上記実施の形態では、外周部分２Ｂ，２Ｄのコア２の曲げ部分を直角状（９０°）としたが、他の角度の角状部としてもよい。その場合は、光がその角状部に沿って反射するよう、外側の傾斜面２ｂの角度を設定する。
　つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。
〔アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料〕
　成分ａ：エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＹＬ７４１０）６０重量部。
　成分ｂ：エポキシ樹脂（ダイセル社製、ＥＨＰＥ３１５０）４０重量部。
　成分ｃ：光酸発生剤（サンアプロ社製、ＣＰＩ１０１Ａ）４重量部。
　これら成分ａ～ｃを混合することにより、アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料を調製した。
〔コアの形成材料〕
　成分ｄ：エポキシ樹脂（ダイセル社製、ＥＨＰＥ３１５０）９０重量部。
　成分ｅ：エポキシ樹脂（三菱化学社製、エピコート１００２）１０重量部。
　成分ｆ：光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０）１重量部。
　成分ｇ：乳酸エチル（和光純薬工業社製、溶剤）５０重量部。
　これら成分ｄ～ｇを混合することにより、コアの形成材料を調製した。
〔光導波路の作製〕
　まず、上記アンダークラッド層の形成材料を用いて、スピンコート法により、略四角形状のアンダークラッド層を形成した。このアンダークラッド層の厚みは２５μｍとした。弾性率は２４０ＭＰａ、屈折率は１．４９６であった。なお、弾性率の測定は、粘弾性測定装置（TA instruments Japan Inc. 社製、ＲＳＡ３）を用いた。
　ついで、上記アンダークラッド層の表面に、上記コアの形成材料を用いて、フォトリソグラフィ法により、複数の線状のコアからなる格子状部分と外周部分とを備えたシート状のコアパターン部材を形成した。上記外周部分のコアのうち、発光素子に接続するコアは、発光素子との接続部分から格子状部分に分岐するまでの曲げ部分を直角状とし、一方のコアは１８０°曲げ〔図１（ａ），（ｃ）と同様〕、他方のコアは９０°曲げた〔図１（ａ），（ｄ）と同様〕。また、上記外周部分のコアの各端面は、上記アンダークラッド層の四角形状の一辺に位置決めした〔図１（ａ）参照〕。上記格子状部分（入力領域）の寸法は、縦２１０ｍｍ×横２９７ｍｍとした。また、上記コアの幅は１００μｍ、厚みは５０μｍ、格子状部分における隣り合う平行な線状のコアとコアとの間の隙間の幅は５００μｍとした。弾性率は１．５８ＧＰａ、屈折率は１．５１６であった。
　つぎに、上記コアパターン部材を被覆するように、上記アンダークラッド層の表面に、上記オーバークラッド層の形成材料を用いて、スピンコート法により、オーバークラッド層を形成した。このオーバークラッド層の厚み（コアの表面からの厚み）は４０μｍとした。弾性率は２４０ＭＰａ、屈折率は１．４９６であった。このようにして、略四角形シート状の光導波路を作製した。
〔位置センサの作製〕
　２個の発光素子（Optowell社製、XH85-S0603-2s ）と、２個の受光素子（浜松ホトニクス社製、s10226）とを準備した。そして、上記コアパターン部材の格子状部分の縦方向のコアが延設された外周部分のコアの一端面に、１個の発光素子を接続し、そのコアの他端面に、１個の受光素子を接続し、上記格子状部分の横方向のコアが延設された外周部分のコアの一端面に、残りの１個の発光素子を接続し、そのコアの他端面に、残りの１個の受光素子を接続した〔図１（ａ）参照〕。
〔比較例〕
　上記実施例において、発光素子に接続するコアは、そのコアから光が漏れ難く、かつ、そのコアの中で光がなだらかに伝播するよう、発光素子との接続部分から格子状部分に分岐するまでの曲げ部分を円弧状とし、９０°曲げた部分と１８０°曲げた部分とを形成した（図４参照）。また、コアパターン部材の外周部分のコアの各端面は、上記アンダークラッド層の四角形状の一辺に位置決めした（図４参照）。そして、発光素子および受光素子を１個ずつとし、格子状部分の縦方向および横方向が延設された外周部分の両方のコアの一端面に、１個の発光素子を接続し、それらコアの他端面に、１個の受光素子を接続した（図４参照）。
　上記実施例と比較例において、コアを１８０°曲げた部分が形成された外周部分の幅（Ｔ，Ｔ１）を測定した。その結果、実施例では２５ｍｍ（Ｔ）であったのに対し、比較例では３５ｍｍ（Ｔ１）であった〔図１（ａ），図４参照〕。
　上記結果から、実施例の位置センサは、比較例の位置センサと比較して、省スペース化を図れることがわかる。
　上記実施例においては、本発明における具体的な形態について示したが、上記実施例は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。当業者に明らかな様々な変形は、本発明の範囲内であることが企図されている。
　本発明の位置センサは、省スペース化を図る場合に利用可能である。
　Ｗ　光導波路
　１　アンダークラッド層
　２　コア
　２Ａ　格子状部分
　２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ　外周部分
　２ｂ　傾斜面
　３　オーバークラッド層

Claims (2)

  1. 　複数の線状のコアからなる格子状部分と、この格子状部分のコア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を備えたシート状のコアパターン部材を、２層のシート状のクラッド層で挟持したシート状の光導波路と、
    　この外周部分のコアに接続された発光素子および受光素子と
    を備えた位置センサであって、
    　上記外周部分のコアの曲げ部分のうちの少なくとも一部が、角状部になっており、その角状部の外側部分が、コアの軸方向に対して所定角度傾斜した傾斜面に形成され、その傾斜面が、光を反射して光路を上記角状部に沿って変換する光反射面になっており、
    　上記発光素子で発光された光が、上記光導波路のコアを経て、上記受光素子で受光され、上記コアパターン部材の格子状部分に対応する上記位置センサの表面部分を入力領域とし、その入力領域における押圧位置を、その押圧により変化したコアの光伝播量によって特定することを特徴とする位置センサ。
  2. 　上記外周部分のコアの角状部が、直角状であり、その直角状角状部の外側部分の上記傾斜面の、コアの軸方向に対する傾斜角度が、４５°であり、その傾斜面を光反射面とする光路変換角度が、９０°である請求項１記載の位置センサ。
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