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JP2017054113A - 光導波路およびそれを用いた位置センサならびに光回路基板 - Google Patents

光導波路およびそれを用いた位置センサならびに光回路基板 Download PDF

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良真 吉岡
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裕介 清水
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Naoki Shibata
直樹 柴田
直人 古根川
Naoto Konekawa
直人 古根川
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Abstract

【課題】適正な光伝播が可能な光導波路およびそれを用いた位置センサならびに光回路基板を提供する。【解決手段】光導波路W2のコア32が部分的にS字状に形成されている。そのS字状お部分は、光伝播の上流側の第1曲線部S1と、その第1曲線部S1と逆方向に曲がっている下流側の第2曲線部S2とが、長さ0(零)mm以上30mm以下の直線部を介して、接続されている。そして、上記第1曲線部S1の出口の幅B1および上記第2曲線部の入口B2の幅の一方が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっている。【選択図】図12

Description

本発明は、光導波路およびそれを用いて押圧位置を光学的に検知する位置センサならびに上記光導波路を用いて光素子と光伝播する光回路基板に関するものである。
本出願人は、これまでに、光導波路を用いて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17(a)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W10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の外周部の一横辺および一縦辺に沿った状態で配置された第1外周コア部12Bと、上記格子状部分12Aを介して上記一横辺および一縦辺に対面する他横辺および他縦辺に沿った状態で配置された第2外周コア部12Cとを備えている。上記第1外周コア部12Bは、1本のコア26からなり、上記格子状部分12Aの縦横のコア12の先端は、その1本のコア26から分岐した状態になっている。上記第2外周コア部12Cは、上記格子状部分12Aの各コア12の後端から延設されたコア27からなっている。また、上記位置センサは、上記コアパターン部材の第1外周コア部12Bの端面に、発光素子14が接続され、第2外周コア部12Cの端面に、受光素子15が接続されている。
このような光導波路を用いた位置センサでは、上記発光素子14から発光された光は、第1外周コア部12Bのコア26から格子状部分12Aの各コア12に分岐し第2外周コア部12Cの各コア27を経て、上記受光素子15で受光されるようになっている。そして、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17(a)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。
上記位置センサへの入力は、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により行われる。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での光の受光強度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。その位置検知を利用して、文字等の入力も検知できるようになっている。
一方、最近の電子機器等では、伝送情報量の増加に伴い、電気回路基板に加えて、光回路基板が採用されている。その一例を図18に示す。このものは、上記光回路基板が上記電気回路基板に積層された状態になっている。すなわち、上記電気回路基板80は、絶縁層81と、この絶縁層81の表面に形成された電気配線82とを備えている。上記光回路基板70は、上記絶縁層81の裏面(電気配線82の形成面と反対側の面)に積層された光導波路W20〔第1クラッド層71,コア(光路)72,第2クラッド層73〕と、上記絶縁層81の表面(電気配線82の形成面)のうち上記光導波路W20の両端部に対応する部分に実装された光素子(発光素子74および受光素子75)とを備えている(例えば、特許文献2参照)。この光回路基板70では、光導波路W20の両端部が、上記コア72の軸方向に対して45°傾斜した傾斜面に形成され、その傾斜面に位置するコア72の部分が光反射面72a,72bになっている。また、上記発光素子74および受光素子75に対応する上記絶縁層81の部分に、貫通孔81a,81bが形成され、上記発光素子74と一端部の光反射面72aとの間および上記受光素子75と他端部の光反射面72bとの間で、上記貫通孔81a,81bを通して光L(二点鎖線で示す)が伝播可能となっている(光接続されている)。
上記光回路基板70における光伝播は、つぎのようにして行われる。まず、発光素子74から発光された光Lは、上記絶縁層81の貫通孔81aを通過した後、第1クラッド層71の一端部(図18では右端部)を通り抜け、コア72の一端部の光反射面72aで反射して(光路を90°変換して)、コア72内を伝播する。そして、そのコア72内を伝播した光Lは、コア72の他端部(図18では左端部)の光反射面72bで反射し(光路を90°変換し)、第1クラッド層71の他端部を通り抜けて出射され、上記絶縁層81の貫通孔81bを通過した後、受光素子75で受光される。
なお、上記光回路基板70の他端部では、上記受光素子75に代えて、光ファイバを用いる場合がある。この場合も、上記と同様にして、光伝播が行われる。
特開2014−197363号公報 特開2014−29466号公報
しかしながら、上記位置センサ〔図17(a)参照〕では、場合によって、押圧位置の検知が正確にできないことがあった。そこで、本発明者らがその原因を追究した結果、押圧位置の検知が正確にできないときは、入力領域13Aを押圧していない状態であっても、受光素子15での光の受光強度が低くなる部分があることがわかった。
このように入力領域13Aを押圧していなくても受光素子15での光の受光強度が低くなる部分がある状態で、文字等を入力すると、その入力による押圧部分でも、受光素子15での光の受光強度が低くなるため、上記押圧位置の検知が正確にできないのである。この点で上記光導波路を用いた位置センサは改善の余地がある。
また、上記光回路基板70(図18参照)でも、場合によって、受光素子75での光の受光強度が低くなることがあった。その受光素子75に代えて、光ファイバを用いた場合は、その光ファイバへの光伝播量が少なくなることがあった。このような場合、適正な光伝播(情報の伝送)ができないため、その光回路基板70を組み込む電子機器等が適正に作動しないのである。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、適正な光伝播が可能な光導波路およびそれを用いた位置センサならびに光回路基板の提供をその目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、光路用の線状のコアと、このコアを上下から挟持するクラッド層とを備えた光導波路であって、上記コアが部分的に、光伝播の上流側の第1曲線部と、その第1曲線部と逆方向に曲がっている下流側の第2曲線部とが、長さ0(零)mm以上30mm以下の直線部を介して、接続されたS字状に形成され、上記第1曲線部の出口の幅および上記第2曲線部の入口の幅の一方が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっている光導波路を第1の要旨とする。
また、本発明は、複数の線状のコアからなる格子状部分と、この格子状部分の外周部の一横辺および一縦辺にそれぞれ位置し、上記格子状部分の各縦コアの先端および各横コアの先端に光接続する第1外周コア部と、上記格子状部分を介して上記一横辺および一縦辺にそれぞれ対面する他横辺および他縦辺に位置し、その各他辺に沿って延び、上記格子状部分の各縦コアの後端および各横コアの後端から延設されている第2外周コア部とを備えたシート状のコアパターン部材と、このコアパターン部材を上下から挟持するシート状のクラッド層とを有するシート状の光導波路と、この光導波路の上記第1外周コア部の端面に接続された発光素子と、上記第2外周コア部の端面に接続された受光素子とを備えた位置センサであって、上記第2外周コア部の少なくとも一部分に対応する光導波路の部分が、上記第1の要旨の光導波路であり、上記発光素子で発光された光が、上記第1外周コア部から上記格子状部分および上記第2外周コア部を経て、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位置センサを第2の要旨とする。
さらに、本発明は、上記第1の要旨の光導波路と、この光導波路のコアの端部と光接続された光部材とを備えている光回路基板を第3の要旨とする。
なお、本発明において、S字状とは、上記のように、第1曲線部と第2曲線部とが、長さ0(零)mm以上30mm以下の直線部を介して、接続された部分であり、逆S字状も含む意味である。また、第1曲線部と第2曲線部との間の直線部の長さが0(零)mmであるとは、その直線部がなく、第1曲線部と第2曲線部とが直接接続されている意味である。そして、上記第1曲線部および第2曲線部とは、僅かでも曲がっているものを含む意味である。
また、本発明の第3の要旨の光回路基板において、光部材とは、発光,受光または光伝播等を担うものであり、例えば、光電変換を行う光素子(発光素子,受光素子)、光伝播を担う光ファイバ、その光ファイバの接続に用いる光ファイバ接続用コネクタ等があげられる。
本発明者らは、位置センサにおいて、入力領域を押圧していない状態で、受光素子での光の受光強度が均等になっているようにすべく、まず、図17(a)に示す従来技術において、入力領域13Aを押圧していない状態で、受光素子15での光の受光強度が低くなる部分が発生する原因を追究した。その結果、格子状部分12Aと受光素子15との間の第2外周コア部12CのうちS字状のコア部分で、光の漏れが発生しており、それが原因であることが判明した。ここで、上記第2外周コア部12Cの端面に接続される上記受光素子15は、シート状の光導波路W10の周縁部に配置されるが、その受光素子15の配置位置により、その受光素子15の近傍部分〔図17(a)の楕円D0で囲む部分〕では、上記第2外周コア部12Cの少なくとも一部分のコア27が、部分的に上記S字状に形成される場合があるのである。
そこで、本発明者らは、上記コア27のS字状の部分で光が漏れる原因を追究した。その追究の過程で、上記S字状の部分では、上流側の第1曲線部S11の曲がりの外側部分に光Lが偏ることが判明した〔図17(b)参照〕。一方、上記位置センサでは、コア12,26,27の幅が広いほど、そのコア12,26,27の光伝播量が多くなり、その伝播する光の、入力領域13Aの押圧による低下量も多くなることから、押圧位置の検知が容易になる。そのため、従来の位置センサでは、コア12,26,27の幅が広く形成されている。そして、図17(b)に示すように、上記S字状の部分において、コア27の幅が広い場合、上記のように上流側の第1曲線部S11の曲がりの外側部分に偏った光L(二点鎖線で示す)は、下流側の第2曲線部S12に伝播されると、その第2曲線部S12の入口付近では、その曲がりの内側に偏って伝播することとなり、その第2曲線部S12の曲がりの外側の側面に集中して到達する。ここで、上記のようにコア27の幅が広いと、上記側面に到達した光Lは、入射角θが臨界角よりも小さくなることから、その殆どがその側面で反射することなく、その側面を透過する(コア27から漏れる)ことが判明した。すなわち、上記S字状の部分での光Lの漏れの原因は、そのS字状の部分で、コア27の幅が広いことにあることが判明した。
また、光回路基板でも、上記位置センサと同様の課題があることが判明した。すなわち、従来の光回路基板おいて、受光素子での光の受光強度が低くなる場合は、コアが部分的に上記S字状に形成されており、そのS字状の部分で、光の漏れが発生しているのである。そして、従来の光回路基板でも、コアの幅が広いほど、そのコアの光伝播量(伝送される情報量)が多くなることから、コアの幅が広く形成されており、このことが原因で、上記S字状の部分で、光Lが漏れることが判明した〔図17(b)参照〕。
また、第1曲線部と第2曲線部とが、直線部を介して、接続されている部分では、その直線部の長さが30mm以下の場合、上記と同様に、第2曲線部で光が漏れることが判明した。一方、上記直線部の長さが30mmを超える場合は、第2曲線部での光の漏れが殆どないことが判明した。すなわち、この場合、第1曲線部の曲がりの外側部分に偏った光は、上記直線部が充分に長いため、その直線部の側面で反射を繰り返し、その直線部の出口付近では、上記光の偏りが解消される。そのため、第2曲線部の入口付近でも、その曲がりの内側への光の偏りが殆どなく、その第2曲線部の曲がりの外側の側面への光の集中的な到達も殆どない。それにより、第2曲線部での光の漏れも殆どないのである。
本発明者らは、このような知見を得て、上記S字状の部分で、下流側の第2曲線部のコアの幅を狭くすることを着想し、上記第1曲線部の出口の幅および上記第2曲線部の入口の幅の一方を、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くした。その結果、上記第2曲線部では、その第2曲線部の曲がりの外側の側面に到達した光は、入射角が臨界角よりも大きくなり、その殆どがその側面で反射し、光の漏れを低減できることを突き止めた。すなわち、上記位置センサにおいて、格子状部分と受光素子との間の第2外周コア部のコアが部分的にS字状に形成されていても、そのS字状の部分を上記のように特定の幅に設定することにより、その第2外周コア部のコアでは、伝播する光の漏れを低減させた状態で、その光が受光素子に到達することを突き止めた。それにより、入力領域を押圧していない状態で、受光素子での光の受光強度が均等になることを見出し、本発明に到達した。
また、上記光回路基板でも、上記位置センサと同様にして、コアのS字状の部分からの光の漏れを解決することができた。すなわち、上記光回路基板において、コアが部分的にS字状に形成されていても、そのS字状の部分を上記のように特定の幅に設定することにより、そのS字状の部分では、伝播する光の漏れを低減できることを突き止めた。それにより、受光素子での光の受光強度の低下または光ファイバへの光伝播量の低下が抑制されることを見出し、本発明に到達した。
そして、上記位置センサおよび上記光回路基板に用いる光導波路だけでなく、光電気混載基板等の他の用途の光導波路においても、コアが部分的に上記S字状に形成されているものは、光伝播がより適正になされることを見出した。
なお、上記位置センサにおいて「受光素子での光の受光強度が均等」とは、完全な均等を含むだけでなく、位置センサの入力領域における押圧位置を正確に検知できれば、その検知できる程度の略均等を含む意味である。
本発明の光導波路は、コアが部分的にS字状に形成されており、そのS字状の部分は、上流側の第1曲線部の出口の幅および下流側の第2曲線部の入口の幅の一方が、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっている。そのため、第1曲線部を伝播する光が、第2曲線部の曲がりの外側の側面に到達した際に、入射角が臨界角よりも大きくなり、その殆どがその側面で反射し、光の漏れを低減できる。すなわち、本発明の光導波路は、コアでの光伝播をより適正にすることができる。
本発明の位置センサは、格子状部分と受光素子との間の第2外周コア部の少なくとも一部分に対応する光導波路の部分が、本発明の上記光導波路になっている。そのため、その光導波路の部分のコアでは、第1曲線部を伝播する光が、第2曲線部の曲がりの外側の側面に到達した際に、入射角が臨界角よりも大きくなり、その殆どがその側面で反射し、光の漏れを低減できる。すなわち、上記第2外周コア部のコアでは、伝播する光の漏れを低減させた状態で、その光が受光素子に到達し、入力領域を押圧していない状態で、受光素子での光の受光強度を均等にすることができる。そのため、入力領域を押圧した際に、受光素子での光の受光強度が低下する部分を明確にすることができる。その結果、本発明の位置センサは、入力領域における押圧位置を正確に検知することができる。
本発明の光回路基板は、光部材と光接続する光導波路が、本発明の上記光導波路になっている。そのため、その光導波路のコアのS字状の部分では、第1曲線部を伝播する光が、第2曲線部の曲がりの外側の側面に到達した際に、入射角が臨界角よりも大きくなり、その殆どがその側面で反射し、光の漏れを低減できる。すなわち、上記光導波路のコアの端部から上記光部材が受光する場合において、上記光導波路のコアでは、伝播する光の漏れを低減できるため、上記光部材での光の受光強度の低下を抑制することができる。そして、コアに上記S字状の部分を形成することにより、コアの配置設計の自由度が向上し、光部材の配置に合わせてコアを配置設計することができる。また、本発明の光回路基板を組み込んだ電子機器等の適正な作動を、確実に実現することができる。
特に、上記第2曲線部の入口の幅が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっており、上記第2曲線部の入口の幅(B2:単位μm)と、その第2曲線部の曲率半径(R2:単位mm)と、上記S字状の部分が形成されたコアの屈折率(K1)と、そのコアの側面を被覆するクラッド層の屈折率(K2)との関係が、下記の式(1)を満たしている場合には、本発明の光導波路では、上記第2曲線部において、伝播する光の漏れる量をより減少させることができる。そのため、本発明の位置センサでは、受光素子での光の受光強度をより均等化することができ、押圧位置検知の正確性を向上させることができる。なお、上記第2曲線部の曲率半径(R2)は、その第2曲線部の幅方向の中心線の曲率半径である。
Figure 2017054113
さらに、上記第2曲線部の入口の幅(B2:単位μm)と、その第2曲線部の曲率半径(R2:単位mm)と、上記S字状の部分が形成されたコアの屈折率(K1)と、そのコアの側面を被覆するクラッド層の屈折率(K2)との関係が、下記の式(2)を満たしている場合には、本発明の光導波路では、上記第2曲線部において、伝播する光の漏れる量をさらに減少させることができる。そのため、本発明の位置センサでは、受光素子での光の受光強度をさらに均等化することができ、押圧位置検知の正確性をさらに向上させることができる。
Figure 2017054113
一方、上記第1曲線部の出口の幅が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっており、上記第1曲線部の出口の幅(B1:単位μm)と、その第1曲線部の曲率半径(R1:単位mm)と、上記S字状の部分が形成されたコアの屈折率(K1)と、そのコアの側面を被覆するクラッド層の屈折率(K2)との関係が、下記の式(3)を満たしている場合にも、本発明の光導波路では、上記第2曲線部において、伝播する光の漏れる量をより減少させることができる。そのため、本発明の光回路基板では、上記光導波路のコアの端部から前記光部材が受光する場合において、その光部材での光の受光強度の低下をより抑制することができる。そして、その光回路基板を組み込んだ電子機器等の適正作動実現の確実性を向上させることができる。なお、上記第1曲線部の曲率半径(R1)は、その第1曲線部の幅方向の中心線の曲率半径である。
Figure 2017054113
(a)は、本発明の位置センサの第1の実施の形態を模式的に示す平面図であり、(b)は、(a)のX−X断面の中央部を模式的に示す拡大断面図であり、(c)は、(a)の楕円D1で囲む部分に形成されているコアのS字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 本発明の位置センサの第2の実施の形態における上記S字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 本発明の位置センサの第3の実施の形態における上記S字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 本発明の位置センサの第4の実施の形態における上記S字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 本発明の位置センサの第5の実施の形態における上記S字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 本発明の位置センサの第6の実施の形態における上記S字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 本発明の位置センサの第7の実施の形態における上記S字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 本発明の位置センサの第8の実施の形態における上記S字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 上記位置センサを構成する光導波路の変形例を模式的に示す、その光導波路の中央部の拡大断面図である。 (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。 (a)は、本発明の光回路基板の第1の実施の形態を模式的に示す平面図であり、(b)は、(a)のY−Y断面を模式的に示す断面図であり、(c)は、(a)の楕円D2で囲む部分に形成されているコアのS字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 本発明の光回路基板の第2の実施の形態における上記S字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 本発明の光回路基板の第3の実施の形態を模式的に示す平面図である。 (a),(b)は、上記光回路基板を構成する光導波路の変形例を模式的に示す、その光導波路の拡大断面図である。 実験例1,2の結果を示すグラフである。 (a)は、従来の位置センサを模式的に示す平面図であり、(b)は、(a)の上記S字状の部分を模式的に示す拡大平面図である。 従来の光回路基板を模式的に示す縦断面図である。
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第1の実施の形態を示す平面図であり、図1(b)は、図1(a)のX−X断面の中央部を拡大した図である。この実施の形態の位置センサは、四角形シート状の光導波路Wと、この光導波路Wの四角形状の隣り合う二つの角部分〔図1(a)では上側の二つの角部分〕に配置された2個の発光素子4と、残りの二つの角部分〔図1(a)では下側の二つの角部分〕に配置された2個の受光素子5とを備えている。
上記光導波路Wは、四角形シート状のアンダークラッド層1の表面に、シート状のコアパターン部材が形成され、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、四角形シート状のオーバークラッド層3が形成されたものとなっている。上記コアパターン部材は、複数の線状の光路用のコア2を縦横に配置してなる格子状部分2Aと、この格子状部分2Aの外周部の一横辺および一縦辺〔図1(a)では上側の辺および右側の辺〕にそれぞれ位置し、その各辺に沿って延びる第1外周コア部2Bと、上記格子状部分2Aを介して上記一横辺および一縦辺にそれぞれ対面する他横辺および他縦辺〔図1(a)では下側の辺および左側の辺〕に位置し、その各他辺に沿って延びる第2外周コア部2Cとを備えている。
上記第1外周コア部2Bは、1本のコア21からなり、上記格子状部分2Aの各縦コア2の先端〔図1(a)では上端〕および各横コア2の先端〔図1(a)では右端〕に光接続している。これにより、それら各縦コア2および各横コア2は、上記第1外周コア部2Bから分岐された状態になっている。上記第2外周コア部2Cは、上記各縦コア2の後端〔図1(a)では下端〕および各横コア2の後端〔図1(a)では左端〕から延設されたコア22からなっている。そして、上記第1外周コア部2Bの端面に、上記発光素子4が接続され、上記第2外周コア部2Cの端面に、上記受光素子5が接続されている。
なお、図1(a)では、コア2,21,22を鎖線で示しており、格子状部分2Aのコア2の数およびそれらコア2から延設された第2外周コア部2Cのコア22の数を略して図示している。また、図1(a)のコア2の矢印は、光の進む方向を示している。
この実施の形態の位置センサの特徴は、図1(c)に拡大平面図で示すように、上記第2外周コア部2Cの一部のコア22の、受光素子5の近傍部分〔図1(a)の楕円D1で囲む部分〕に形成されるS字状の部分のコア幅にある。すなわち、図1(c)に、上記第2外周コア部2Cの複数のコア22のうちの1本のコア22のS字状の部分を、拡大した平面図で示している。そのS字状の部分は、この実施の形態では、光伝播の上流側の第1曲線部S1と、その第1曲線部S1と逆方向に曲がっている下流側の第2曲線部S2とが、連続して接続された状態で形成されている。そして、上記S字状の部分の入口(第1曲線部S1の入口)の幅は、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅B0と等しくなっている。上記S字状の部分では、第1曲線部S1の幅が、その第1曲線部S1の入口から出口にいくにつれて徐々に狭くなっており、その第1曲線部S1の出口の幅は、第2曲線部S2の入口の幅B2とが等しくなっている。その第2曲線部S2の幅は、長さ方向に一定になっている。これにより、第2曲線部S2の入口の幅B2が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっている。
このように、上記S字状の部分を特徴的なコア幅に設定することにより、そのS字状の部分での光Lの漏れを低減する(光Lの伝播損失を低くする)ことができる。すなわち、上記S字状の部分では、上流側の第1曲線部S1の曲がりの外側部分に光L(二点鎖線で示す)が偏り、その光Lが下流側の第2曲線部S2に伝播されると、その光Lは、上記第2曲線部S2の入口付近では、その曲がりの内側に偏って伝播することとなり、その第2曲線部S2の曲がりの外側の側面に集中して到達する。ここで、上記のような、S字状の部分の特徴的なコア幅の設定により、上記第2曲線部S2のコア幅が狭くなっているため、上記側面に到達した光Lは、入射角θが臨界角よりも大きくなる。そのため、その光Lの殆どが上記側面で反射し、光Lの漏れを低減できるのである。そして、上記第2外周コア部2Cのコア22では、伝播する光Lの漏れを低減させた状態で、その光Lが受光素子5に到達する。
このような位置センサでは、図1(a)に示すように、上記発光素子4から発光された光は、第1外周コア部2Bのコア21から格子状部分2Aの各コア2に分岐し上記第2外周コア部2Cの各コア22を経て、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。
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もしくは紙等を介して、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での光の受光強度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。
ここで、先に述べたように、上記第2外周コア部2Cのコア22では、伝播する光の漏れを低減させた状態で、その光が受光素子5に到達することから、入力領域3Aを押圧していない状態で、受光素子5での光の受光強度を均等にすることができる。そのため、入力領域3Aを押圧した際に、受光素子5での光の受光強度が低下する部分を明確にすることができる。その結果、上記位置センサは、入力領域3Aにおける押圧位置を正確に検知することができる。
さらに、上記第2曲線部S2において、伝播する光の漏れる量をより減少させることができ、それにより、受光素子5での光の受光強度をより均等化して、押圧位置検知の正確性を向上させる観点から、上記第2曲線部S2の入口の幅(B2:単位μm)と、その第2曲線部S2の曲率半径(R2:単位mm)と、上記S字状の部分が形成されたコア22の屈折率(K1)と、そのコア22の側面を被覆するオーバークラッド層3の屈折率(K2)との関係が、下記の式(1)を満たすように設定することが好ましい。より好ましくは、下記の式(2)を満たすように設定することである。なお、上記第2曲線部S2の曲率半径(R2)は、その第2曲線部S2の幅方向の中心線の曲率半径である。
Figure 2017054113
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ところで、受光素子5は、一般に、小さいものであるため、その受光素子5では、上記コア22と接続する受光領域が狭く、その受光領域に接続される上記コア22の本数に限度がある。上記位置センサでは、先に述べたように、受光素子5の近傍部分に形成されるS字状の部分において、下流側の第2曲線部S2のコア幅が狭くなっていることから、その狭くなった幅のまま、上記コア22の先端まで形成すると、上記受光領域に接続されるコア22の本数を増加させることが可能となる。その結果、入力領域3Aに対応する格子状部分2Aのコア2の本数を増加させることが可能となり、その入力領域3Aにおいて検知する押圧位置の位置精度を向上させることが可能となる。
また、上記光導波路Wでは、格子状部分2Aのコア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での光の受光強度が低下することから、押圧位置を検知することができる。なお、上記弾性率の値は、ティー・エイ・インスツルメント社製の動的粘弾性測定装置RSAIII を用いて測定した引張弾性率の値である。
上記アンダークラッド層1,コア2,21,22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2,21,22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2,21,22が5〜100μmの範囲内、オーバークラッド層3(コア2,21,22の頂面からの厚み)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2,21,22を形成するようにしてもよい。
図2は、本発明の位置センサの第2の実施の形態における上記S字状の部分を示す拡大平面図〔図1(c)に相当する図〕である。この実施の形態では、図1(a)〜(c)に示す上記第1の実施の形態において、S字状の部分が、第1曲線部S1と第2曲線部S2とが、長さ0(零)mmを超え30mm以下の直線部Tを介して、接続された状態で形成されている。その直線部Tの幅は、長さ方向に一定であり、第1曲線部S1の出口の幅(第2曲線部S2の入口の幅B2)と等しくなっている。それ以外の部分は、上記第1の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。
この実施の形態では、第1曲線部S1と第2曲線部S2との間に直線部Tが形成されているものの、その直線部Tの長さが30mm以下と短いため、第1曲線部S1から直線部Tに伝播した光L(二点鎖線で示す)は、その直線部Tの側面で殆ど反射することなく、第2曲線部S2に伝播される。そして、その第2曲線部S2は、上記第1の実施の形態と同様であることから、その第2曲線部S2に伝播された光Lは、上記第1の実施の形態と同様にして、漏れを低減させた状態で受光素子5に到達する。すなわち、この実施の形態の位置センサも、上記第1の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
図3は、本発明の位置センサの第3の実施の形態における上記S字状の部分を示す拡大平面図〔図1(c)に相当する図〕である。この実施の形態では、図1(a)〜(c)に示す上記第1の実施の形態において、上記S字状の部分の第1曲線部S1の幅が、長さ方向に一定であり、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅B0と等しくなっている。第2曲線部S2は、上記第1の実施の形態と同様であり、幅が長さ方向に一定であり、その第2曲線部S2の入口の幅B2が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっている。上記第2曲線部S2の入口は、上記第1曲線部S1の出口のうち、その幅方向おいて、その第1曲線部S1の曲がりの外側に対応する部分に配置されている。すなわち、上記S字状の部分は、第1曲線部S1と第2曲線部S2との接続部が段状に形成され、その接続部の幅が、第1曲線部S1の曲がりの外側(第2曲線部S2の曲がりの内側)に一気に狭まっている。それ以外の部分は、上記第1の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。
この実施の形態では、第1曲線部S1と第2曲線部S2との接続部の幅が、第1曲線部S1の曲がりの外側に一気に狭まっているものの、上記第1の実施の形態と同様に、第1曲線部S1を伝播する光L(二点鎖線で示す)は、その曲がりの外側部分に偏ることから、その光Lの殆どが、第2曲線部S2に伝播される。そして、その第2曲線部S2は、上記第1の実施の形態と同様であることから、その第2曲線部S2に伝播された光Lは、上記第1の実施の形態と同様にして、漏れを低減させた状態で受光素子5に到達する。すなわち、この実施の形態の位置センサも、上記第1の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
図4は、本発明の位置センサの第4の実施の形態における上記S字状の部分を示す拡大平面図〔図1(c)に相当する図〕である。この実施の形態では、図3に示す上記第3の実施の形態において、S字状の部分が、第1曲線部S1と第2曲線部S2とが、長さ0(零)mmを超え30mm以下の直線部Tを介して、接続された状態で形成されている。その直線部Tの入口は、上記第1曲線部S1の出口のうち、その幅方向おいて、その第1曲線部S1の曲がりの外側に対応する部分に配置されている。その直線部Tの幅は、長さ方向に一定であり、第2曲線部S2の入口の幅B2と等しくなっている。すなわち、第1曲線部S1と直線部Tとの接続部が段状に形成され、その接続部の幅が、第1曲線部S1の曲がりの外側に一気に狭まっている。それ以外の部分は、上記第3の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。
この実施の形態では、第1曲線部S1と直線部Tとの接続部の幅が、第1曲線部S1の曲がりの外側に一気に狭まっているものの、上記第3の実施の形態と同様に、第1曲線部S1を伝播する光L(二点鎖線で示す)は、その曲がりの外側部分に偏ることから、その光Lの殆どが、直線部Tに伝播される。しかも、その光Lは、図2に示す上記第2の実施の形態と同様に、その直線部Tの側面で殆ど反射することなく、第2曲線部S2に伝播される。そして、その第2曲線部S2は、上記第1の実施の形態と同様であることから、その第2曲線部S2に伝播された光Lは、上記第1の実施の形態と同様にして、漏れを低減させた状態で受光素子5に到達する。すなわち、この実施の形態の位置センサも、上記第1の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
図5は、本発明の位置センサの第5の実施の形態における上記S字状の部分を示す拡大平面図〔図1(c)に相当する図〕である。この実施の形態では、図4に示す上記第4の実施の形態において、第1曲線部S1の幅と、直線部Tの幅とが等しくなっている。また、第2曲線部S2の入口が、上記直線部Tの出口のうち、その幅方向おいて、上記第1曲線部S1の曲がりの外側に対応する部分に配置されている。すなわち、直線部Tと第2曲線部S2との接続部が段状に形成され、その接続部の幅が、第1曲線部S1の曲がりの外側に対応する部分に一気に狭まっている。それ以外の部分は、上記第4の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。
この実施の形態では、第1曲線部S1の曲がりの外側部分に偏って伝播する光L(二点鎖線で示す)は、そのまま、直線部Tでも、上記外側部分に対応する部分に偏って伝播される。しかも、その直線部Tに伝播した光Lは、上記第4の実施の形態と同様に、その直線部Tの側面で殆ど反射することなく、第2曲線部S2に伝播される。そのため、直線部Tと第2曲線部S2との接続部の幅が、上記のように直線部Tの上記外側部分に一気に狭まっていても、直線部Tを伝播する光Lの殆どが、第2曲線部S2に伝播される。そして、その第2曲線部S2は、上記第1の実施の形態と同様であることから、その第2曲線部S2に伝播された光Lは、上記第1の実施の形態と同様にして、漏れを低減させた状態で受光素子5に到達する。すなわち、この実施の形態の位置センサも、上記第1の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
図6は、本発明の位置センサの第6の実施の形態における上記S字状の部分を示す拡大平面図〔図1(c)に相当する図〕である。この実施の形態では、図5に示す上記第5の実施の形態において、上記直線部Tの入口の幅が、第1曲線部S1の幅と等しく、その直線部Tの出口の幅が、第2曲線部S2の幅とが等しくなっている。すなわち、直線部Tは、その入口から出口にいくにつれて幅が徐々に狭くなるテーパ状に形成されている。それ以外の部分は、上記第5の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。
この実施の形態でも、第1曲線部S1の曲がりの外側部分に偏って伝播する光L(二点鎖線で示す)は、そのまま、直線部Tの上記外側部分に対応する部分に偏って伝播される。しかも、その直線部Tに伝播した光Lは、上記第5の実施の形態と同様に、その直線部Tの側面で殆ど反射することなく、第2曲線部S2に伝播される。そして、その第2曲線部S2は、上記第1の実施の形態と同様であることから、その第2曲線部S2に伝播された光Lは、上記第1の実施の形態と同様にして、漏れを低減させた状態で受光素子5に到達する。すなわち、この実施の形態の位置センサも、上記第1の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
図7は、本発明の位置センサの第7の実施の形態における上記S字状の部分を示す拡大平面図〔図1(c)に相当する図〕である。この実施の形態では、図3に示す上記第3の実施の形態において、第1曲線部S1の幅が、第2曲線部S2の幅と等しく、狭くなっている。すなわち、S字状の部分の幅は、全て、長さ方向に一定で等しく、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっている。それ以外の部分は、上記第3の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。
この実施の形態では、S字状の部分の幅は、長さ方向に一定で等しく、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっているため、この実施の形態でも、第1曲線部S1の曲がりの外側部分に偏って伝播する光L(二点鎖線で示す)は、そのまま、第2曲線部S2に伝播される。そして、その第2曲線部S2は、上記第1の実施の形態と同様であることから、その第2曲線部S2に伝播された光Lは、上記第1の実施の形態と同様にして、漏れを低減させた状態で受光素子5に到達する。すなわち、この実施の形態の位置センサも、上記第1の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
図8は、本発明の位置センサの第8の実施の形態における上記S字状の部分を示す拡大平面図〔図1(c)に相当する図〕である。この実施の形態では、図7に示す上記第7の実施の形態において、S字状の部分が、第1曲線部S1と第2曲線部S2とが、長さ0(零)mmを超え30mm以下の直線部Tを介して、接続された状態で形成されている。その直線部Tの幅は、長さ方向に一定であり、第1曲線部S1の幅(第2曲線部S2の幅)と等しくなっている。それ以外の部分は、上記第7の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。
この実施の形態でも、第1曲線部S1の曲がりの外側部分に偏って伝播する光L(二点鎖線で示す)は、そのまま、直線部Tの上記外側部分に対応する部分に偏って伝播される。しかも、その直線部Tに伝播した光Lは、図2に示す上記第2の実施の形態と同様に、その直線部Tの側面で殆ど反射することなく、第2曲線部S2に伝播される。そして、その第2曲線部S2は、上記第1の実施の形態と同様であることから、その第2曲線部S2に伝播された光Lは、上記第1の実施の形態と同様にして、漏れを低減させた状態で受光素子5に到達する。すなわち、この実施の形態の位置センサも、上記第1の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
なお、上記各実施の形態では、S字状の部分が形成されたコア22を、第2外周コア部2Cの一部分としたが、その全部のコア22に上記S字状の部分が形成されていてもよい。
さらに、上記各実施の形態では、光導波路Wの断面構造を、図1(b)に示すものとしたが、他でもよく、例えば、図9に断面図で示すように、図1(b)に示すものを上下逆さまにした構造のものとしてもよい。すなわち、その光導波路Wは、シート状のアンダークラッド層1の表面部分に、コア2が埋設されて、上記アンダークラッド層1の表面とコア2の頂面とが面一に形成され、それらアンダークラッド層1の表面とコア2の頂面とを被覆した状態で、シート状のオーバークラッド層3が形成されたものとなっている。
そして、上記各実施の形態において、格子状部分のコア2の各交差部は、通常、図10(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10(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10(c),(d)に示すように、交差する2方向〔図10(c)は対向する2方向、図10(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10(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10(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10(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10(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11(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11(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の側面2aに到達し、その側面2a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11(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11(a)では下方向〕でも発生する。これに対し、図11(b)に示すように、交差する1方向〔図11(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11(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なることから、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11(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。
また、上記各実施の形態では、光導波路Wを四角形シート状としたが、格子状のコア2を有するものであれば、他の多角形シート状としてもよい。
図12(a)は、本発明の光回路基板の第1の実施の形態を示す平面図であり、図12(b)は、図12(a)のコアの中心軸に沿う縦断面図(Y−Y断面図)である。この実施の形態の光回路基板30も、前記従来の光回路基板70(図18参照)と同様、電気回路基板40に積層されるものである。そして、その光回路基板30は、図12(a)の平面図に示すように、一端側(図では上端側)に、2個の発光素子34を備え、他端側(図では下端側)に、2個の受光素子35を備えている。そして、一端側の2個の発光素子34の間隔よりも、他端側の2個の受光素子35の間隔の方が広く設定されている。それにより、光回路基板70の幅が、一端側で狭く、他端側で広く形成されているとともに、発光素子34と受光素子35との間で光伝播する、隣り合うコア32の間隔が、発光素子34側よりも、受光素子35側の方が広く設定されている。それに伴って、上記コア32が、長さ方向の中央部分〔図12(a)の楕円D2で囲む部分〕において、S字状に曲がっている。なお、図12(a)では、コア32の幅を誇張して図示している。
そのコア32のS字状の部分は、この実施の形態では、図12(c)に拡大平面図で示すように、光伝播の上流側の第1曲線部S1と、その第1曲線部S1と逆方向に曲がっている下流側の第2曲線部S2とが、連続して接続された状態で形成されている。そして、上記S字状の部分の入口(第1曲線部S1の入口)の幅が、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅B0と等しくなっている。そして、第1曲線部S1の幅が、その第1曲線部S1の入口から出口にいくにつれて徐々に狭くなっており、その第1曲線部S1の出口の幅B1は、第2曲線部S2の入口の幅B2とが等しくなっている。その第2曲線部S2の幅は、長さ方向に一定になっている。
それ以外の部分は、図18に示す前記従来の電気回路基板80および光回路基板70と同様である。すなわち、図12(b)において、符号41は絶縁層、符号42はその絶縁層41の表面に形成された電気配線〔図12(a)では図示せず〕、符号41a,41bは上記絶縁層41に形成された貫通孔、符号W2は光導波路、符号32a,32bはコア32の両端部に形成された光反射面、符号31は第1クラッド層、符号33は第2クラッド層を示す。そして、コア32の一端部と発光素子34とが光接続されているとともに、コア32の他端部と受光素子35とが光接続されており、光L(二点鎖線で示す)は、発光素子34からコア32を介して受光素子35に伝播するようになっている。
そして、上記コア32のS字状の部分では、上記の特徴的なコア幅に設定することにより、そのS字状の部分での光Lの漏れを低減する(光Lの伝播損失を低くする)ことができる。すなわち、上記S字状の部分では、図12(c)に示すように、上流側の第1曲線部S1の出口の幅B1を、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くすることより、伝播する光L(二点鎖線で示す)は、上流側の第1曲線部S1の曲がりの外側部分に偏った状態で、下流側の第2曲線部S2に伝播される。そして、その光Lは、上記第2曲線部S2の入口付近では、その曲がりの内側に偏って伝播することとなり、その第2曲線部S2の曲がりの外側の側面に集中して到達する。ここで、第2曲線部S2の入口の幅B2は、第1曲線部S1の出口の幅B1と等しく狭くなっており、その第2曲線部S2の幅は、長さ方向に一定になっていることから、上記第2曲線部S2の曲がりの外側の側面に到達した光Lは、入射角θが臨界角よりも大きくなる。そのため、その光Lの殆どが上記側面で反射し、光Lの漏れを低減できるのである。このように、上記コア32では、伝播する光Lの漏れを低減させた状態で、その光Lが受光素子35に到達する。
さらに、上記第2曲線部S2において、伝播する光の漏れる量をより減少させることができ、それにより、受光素子5での光の受光強度の減少をより抑制する観点から、上記第1曲線部S1の出口の幅(B1:単位μm)と、その第1曲線部S1の曲率半径(R1:単位mm)と、上記S字状の部分が形成されたコアの屈折率(K1)と、そのコア32の側面を被覆する第2クラッド層33の屈折率(K2)との関係が、下記の式(3)を満たすように設定することが好ましい。なお、上記第1曲線部S1の曲率半径(R1)は、その第1曲線部S1の幅方向の中心線の曲率半径である。
Figure 2017054113
また、上記第1曲線部S1のコア幅は、入口も出口も含めて、例えば、1〜80μmの範囲内に設定されることが好ましい。そして、上記第1曲線部S1の曲率半径(R1)は、例えば、0.5〜5.0mmの範囲内に設定されることが好ましい。さらに、上記屈折率差(K1−K2)は、例えば、0.005〜0.05の範囲内に設定されることが好ましい。
図13は、本発明の光回路基板の第2の実施の形態における上記S字状の部分を示す拡大平面図〔図12(c)に相当する図〕である。この実施の形態では、図12(a)〜(c)に示す上記第1の実施の形態において、S字状の部分が、第1曲線部S1と第2曲線部S2とが、長さ0(零)mmを超え30mm以下の直線部Tを介して、接続された状態で形成されている。その直線部Tの幅は、長さ方向に一定であり、第1曲線部S1の出口の幅B1(第2曲線部S2の入口の幅B2)と等しくなっている。それ以外の部分は、上記第1の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。
この実施の形態でも 上記S字状の部分では、上流側の第1曲線部S1の出口の幅B1が、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっていることより、伝播する光L(二点鎖線で示す)は、上流側の第1曲線部S1の曲がりの外側部分に偏った状態で、直線部Tに伝播される。そして、その直線部Tの長さが30mm以下と短いため、第1曲線部S1から直線部Tに伝播した光Lは、その直線部Tの側面で殆ど反射することなく、上記偏ったままの状態で、第2曲線部S2に伝播される。その光Lは、上記第1の実施の形態と同様、上記第2曲線部S2の入口付近では、その曲がりの内側に偏って伝播することとなり、その第2曲線部S2の曲がりの外側の側面に集中して到達する。そして、その第2曲線部S2は、上記第1の実施の形態と同様であることから、上記側面に到達した光Lの殆どが、その側面で反射し、光Lの漏れを低減できる。このように、上記第2曲線部S2に伝播された光Lは、上記第1の実施の形態と同様にして、漏れを低減させた状態で受光素子5に到達する。すなわち、この実施の形態の光回路基板も、上記第1の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
図14は、本発明の光回路基板の第3の実施の形態を示す平面図である。この実施の形態では、絶縁層61の表面に光素子54,ICチップインタフェース,抵抗,コンデンサ,コイル等の多数の電子部品50が分散された状態で配置され、そのうちの複数の光素子54に、光導波路W3のコア52の一端部が光接続され、それらコア52の他端部が光ファイバ接続用コネクタ55に光接続されている。上記コア52は、分散配置された電子部品50を回避するように配置形成されることから、その一部分(図14の楕円D3で囲む部分)がS字状に形成されている。そして、そのS字状の部分が、図12(c)に示す第1の実施の形態または図13に示す第2の実施の形態と同様に、特徴的なコア幅に設定されている。それ以外の部分は、上記第1または第2の実施の形態と同様である。そして、この実施の形態の光回路基板も、上記第1または第2の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
なお、上記光回路基板の各実施の形態における光導波路W2,W3の断面構造〔図1(b),図9に相当する断面構造〕は、図15(a)に示す断面構造でもよいし、図15(b)に示す断面構造でもよい。すなわち、図15(a)に示す断面構造は、第1クラッド層31の下面に、コア32が突出形成され、そのコア32の側面および下面を被覆した状態で、上記第1クラッド層31の下面に、第2クラッド層33が形成された構造となっている。一方、図15(b)に示す断面構造は、図15(a)に示す断面構造を上下逆さまにしたものとなっている。すなわち、第1クラッド層31の下面部分に、コア32が埋設されて、上記第1クラッド層31の下面とコア32の下面とが面一に形成され、それら第1クラッド層31の下面とコア32の下面とを被覆した状態で、第2クラッド層33が形成された構造となっている。
また、上記位置センサおよび上記光回路基板の各実施の形態では、S字状の部分の下流側の第2曲線部S2の幅を、長さ方向に一定としたが、そのS字状の部分での光の伝播損失は、第2曲線部S2の幅が狭い程、低くなる傾向にあるため、第2曲線部S2の入口から出口にいくにつれて徐々に狭くしてもよい。
そして、上記各実施の形態では、S字状の部分が形成されたコア22,32を有する光導波路W,W2,W3を、位置センサおよび光回路基板に用いたが、光電気混載基板等の他の用途の光導波路としてもよい。
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ものではない。
〔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、YX7400)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、CPI−101A)1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)100重量部。
成分e:光酸発生剤(アデカ社製、SP−170)1重量部。
成分f: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〜fを混合することにより、コアの形成材料を調製した。
〔実施例1〕
上記各形成材料を用いて、コアの一部分がS字状に形成されている光導波路を作製した。そのS字状の部分は、第1曲線部S1の幅が、その第1曲線部S1の入口から出口にいくにつれて徐々に狭くなり、第2曲線部S2の入口の幅B2が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっているものとした〔図1(c)参照〕。そして、第2曲線部S2の入口の幅B2を、下記の表1に示す様々な値に設定した。また、その表1には、それ以外の寸法,屈折率等を示した。なお、S字状の部分より上流側のコア部分の幅B0を200μmとした。また、アンダークラッド層の厚みを25μm、コアの厚みを30μm、オーバークラッド層の、コアの頂面からの厚みを70μmとした。
〔比較例1〕
上記実施例1において、S字状の部分の幅を200μmと広く一定としたものを比較例1とした。それ以外の部分は、上記実施例1と同様とした。
〔光伝播損失の測定〕
上記光導波路のコアの一端面に、発光素子(Optowell社製、XH85-S0603-2s )を接続し、上記コアの他端面に、受光素子(浜松ホトニクス社製、s10226)を接続した。そして、上記発光素子の発光強度(E)と上記受光素子での受光強度(F)から、下記の式(4)にしたがって、光伝播損失(α)を算出し、下記の表1に示した。
Figure 2017054113
Figure 2017054113
上記表1の結果から、実施例1は、比較例1と比較して、光伝播損失が小さいことがわかる。このことから、S字状の部分の第2曲線部の入口の幅B2が、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっていることが、光伝播損失を小さくする点で有効であることがわかる。なお、実施例1は、前記の式(1)を満たしている。
〔実施例2〜4および比較例2,3〕
上記実施例1および比較例1において、オーバークラッド層の形成材料を変えることにより、そのオーバークラッド層の屈折率を変え、それらを実施例2〜4および比較例2,3とした。そして、上記実施例1と同様にして、光伝播損失を算出した。その結果を、下記の表2,3に示した。
Figure 2017054113
Figure 2017054113
上記表2,3の結果から、実施例2〜4も、比較例2,3と比較して、光伝播損失が小さいことがわかる。このことからも、S字状の部分の第2曲線部の入口の幅B2が、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっていることが、光伝播損失を小さくする点で有効であることがわかる。なお、実施例2〜4も、前記の式(1)を満たしている。
また、図2〜8に示すS字状の部分が形成されたコアを有する光導波路についても、上記実施例1〜4と同様の傾向を示す結果が得られた。
〔位置センサ〕
上記各S字状の部分が形成された第2外周コア部を有する、図1(a)に示す位置センサを作製した。なお、発光素子および受光素子は上記と同様のものを用いた。
〔受光強度の測定〕
上記位置センサにおいて、入力領域を押圧していない状態で、受光素子で受光する光の強度を測定すると、図1(c),図2〜8に示すS字状の部分が形成された第2外周コア部を有する位置センサでは、入力領域全体で均等であった。それに対し、比較例1〜3のS字状の部分が形成された第2外周コア部を有する位置センサでは、そのS字状の部分が形成されたコアに対応する部分で弱く、不均等になっていた。
〔実験例1〕
上記実施例1と同様の形成材料を用い、コアの一部分がS字状に形成されている光導波路を作製した。そのS字状の部分は、第1曲線部の入口の幅を200μm、出口の幅を40μm、曲率半径を10mmとし、第2曲線部の入口の幅を40μm、出口の幅を15μm、曲率半径を10mmとした。なお、上記第1曲線部の入口の幅は、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅と同じとした。そして、第1曲線部と第2曲線部との間に直線部を設け、その直線部の長さを0(零)mmから1.2mmずつ長くし、各直線部の長さで、上記実施例1と同様にして、光伝播損失を算出した。その結果を図16のグラフに示した。
〔実験例2〕
上記実験例1において、第1曲線部の幅を200μmと広く一定とし、第2曲線部の入口の幅を200μm、出口の幅を15μm、曲率半径を10mmとした。そして、上記実験例1と同様にして、光伝播損失を算出した。その結果を上記図16のグラフに合わせて示した。
上記図16のグラフから、実験例1では、直線部の長さに係わらず、光伝播損失が略一定であることがわかる。それに対し、実験例2では、直線部の長さが30mm以下の場合、直線部の長さが短いほど、光伝播損失が大きくなる傾向にあり、直線部の長さが30mmを超える場合は、光伝播損失が上記実験例1と略同じで略一定であることがわかる。これらのことから、直線部の長さが30mm以下の場合、光伝播損失を小さくするためには、第2曲線部の入口の幅を、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くすることが、有効であることがわかる。
また、電気回路基板に積層する光回路基板用の光導波路として、下記の新たな各形成材料を用いて、コアの一部分がS字状に形成されている光導波路を作製した〔図12(a),(b)参照〕。
〔第1クラッド層および第2クラッド層の形成材料〕
成分g:エポキシ樹脂(三菱化学社製、jER1001)60重量部。
成分h:エポキシ樹脂(ダイセル社製、EHPE3150)30重量部。
成分i:エポキシ樹脂(DIC社製、EXA−4816)10重量部。
成分j:光酸発生剤(サンアプロ社製、CPI−101A)0.5重量部。
成分k:酸化防止剤(共同薬品社製、Songnox1010)0.5重量部。
成分l:酸化防止剤(三光社製、HCA)0.5重量部。
成分m:乳酸エチル(和光純薬工業社製、溶剤)50重量部。
これら成分g〜mを混合することにより、第1クラッド層および第2クラッド層の形成材料を調製した。
〔コアの形成材料〕
成分n:エポキシ樹脂(新日鐵化学社製、YDCN−700−3)50重量部。
成分o:エポキシ樹脂(三菱化学社製、jER1001)30重量部。
成分p:エポキシ樹脂(大阪ガスケミカル社製、オグソールPG−100)20重量部。
成分q:光酸発生剤(サンアプロ社製、CPI−101A)0.5重量部。
成分r:酸化防止剤(共同薬品社製、Songnox1010)0.5重量部。
成分s:酸化防止剤(三光社製、HCA)0.125重量部。
成分t:乳酸エチル(和光純薬工業社製、溶剤)50重量部。
これら成分n〜tを混合することにより、コアの形成材料を調製した。
〔実施例5〜9〕
実施例5〜9では、上記S字状の部分は、第1曲線部S1の幅が、その第1曲線部S1の入口から出口にいくにつれて徐々に狭く、第1曲線部S1の出口の幅B1が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっているものとした〔図12(c),図13参照〕。そして、第1曲線部S1の出口の幅B1や曲率半径R1等を、下記の表4に示す様々な値に設定した。また、第1曲線部S1の入口の幅は、S字状の部分より上流側のコア部分の幅B0と同値とした。さらに、直線部T(実施例6〜9)の幅および第2曲線部S2の幅は、長さ方向に一定であり、上記第1曲線部S1の出口の幅B1と同値とした。そして、第2曲線部S2の曲率半径は、いずれの実施例も0.5mmとした。なお、第1クラッド層の厚みを25μm、コアの厚み(第1クラッド層の下面からの突出高さ)を30μm、第2クラッド層の、コアの下面からの厚みを70μmとした。
〔比較例4〜6〕
下記の表4に示すように、比較例4では、第1曲線部の幅が、その第1曲線部の入口から出口にいくにつれて徐々に広くなるものとし、比較例5,6では、第1曲線部の幅が、その長さ方向に一定とした。そして、第1曲線部S1の曲率半径R1等を、下記の表4に示す様々な値に設定した。それ以外の部分は、実施例5〜9と同様とした。
〔光伝播損失の測定〕
VCSEL光源(三喜社製、OP250-LS-850-MM-50-SC 、発光波長850nm)を接続したGI型直径50μmのマルチモード光ファイバ(三喜社製、FFP-GI20-0500 :第1の光ファイバ)と、受光器(アドバンテスト社製、光マルチメータ、Q8221 )を接続した上記と同じGI型直径50μmのマルチモード光ファイバ(第2の光ファイバ)とを準備した。そして、上記第1の光ファイバの先端と上記第2の光ファイバの先端とを突き合わせ、上記VCSEL光源からの光を上記受光器で受光し、その受光強度(H)を測定した。
ついで、上記第1の光ファイバの先端を、上記実施例5〜9および上記比較例4〜6の光導波路における1本のコアの一端部の光反射面(光入射部)に光接続するとともに、上記第2の光ファイバの先端を、上記コアの他端部の光反射面(光出射部)に光接続した。そして、その状態で上記受光器で受光し、その受光強度(I)を測定した。
そして、測定した上記受光強度(H,I)から、下記の式(5)にしたがって、光伝播損失(β)を算出し、下記の表4に示した。
Figure 2017054113
Figure 2017054113
上記表4の結果から、実施例5〜9は、比較例4〜6と比較して、光伝播損失が小さいことがわかる。このことから、S字状の部分の第1曲線部の出口の幅B1が、そのS字状の部分より上流側のコア部分の幅B0よりも狭くなっていることが、光伝播損失を小さくする点で有効であることがわかる。特に、前記の式(3)を満たしている実施例7〜9は、光伝播損失がより小さくなっていることがわかる。
また、前記実施例1〜4の、コアの一部分がS字状に形成されている光導波路を、上記実施例5〜9と同様に、光回路基板用の光導波路として用いても、それら実施例5〜9と同様の傾向を示す結果が得られた。
本発明の光導波路は、コアでの光伝播をより適正にする場合に利用可能であり、光通信用途として用いることができ、光通信用途での光伝播損失低減およびコア引き回しの省スペース化に有効である。そして、本発明の位置センサは、入力領域を押圧していない状態で、受光素子での光の受光強度を均等にする場合に利用可能である。また、本発明の光回路基板は、光素子での光の受光強度の低下を抑制する場合に利用可能である。
W2 光導波路
32 コア
S1 第1曲線部
S2 第2曲線部
B0 上流側のコア部分の幅
B1 第1曲線部の出口の幅
B2 第2曲線部の入口の幅

Claims (12)

  1. 光路用の線状のコアと、このコアを上下から挟持するクラッド層とを備えた光導波路であって、上記コアが部分的に、光伝播の上流側の第1曲線部と、その第1曲線部と逆方向に曲がっている下流側の第2曲線部とが、長さ0(零)mm以上30mm以下の直線部を介して、接続されたS字状に形成され、上記第1曲線部の出口の幅および上記第2曲線部の入口の幅の一方が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっていることを特徴とする光導波路。
  2. 上記第2曲線部の入口の幅が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっており、上記第2曲線部の入口の幅(B2:単位μm)と、その第2曲線部の曲率半径(R2:単位mm)と、上記S字状の部分が形成されたコアの屈折率(K1)と、そのコアの側面を被覆するクラッド層の屈折率(K2)との関係が、下記の式(1)を満たしている請求項1記載の光導波路。
    Figure 2017054113
  3. 上記第2曲線部の入口の幅(B2:単位μm)と、その第2曲線部の曲率半径(R2:単位mm)と、上記S字状の部分が形成されたコアの屈折率(K1)と、そのコアの側面を被覆するクラッド層の屈折率(K2)との関係が、下記の式(2)を満たしている請求項2記載の光導波路。
    Figure 2017054113
  4. 上記第2曲線部の入口の幅が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっており、上記第1曲線部の幅が、その第1曲線部の入口から出口にいくにつれて徐々に狭くなっており、上記直線部の幅および上記第2曲線部の幅が、それぞれ、長さ方向に一定になっており、上記第1曲線部の出口の幅と、上記直線部の幅と、上記第2曲線部の幅とが等しくなっている請求項1〜3のいずれか一項に記載の光導波路。
  5. 上記第2曲線部の入口の幅が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっており、上記第1曲線部の幅,上記直線部の幅および上記第2曲線部の幅が、それぞれ、長さ方向に一定になっており、上記第1曲線部の幅が、上記第2曲線部の幅よりも広くなっており、上記直線部の幅と、上記第2曲線部の幅とが等しくなっており、上記直線部の入口が、上記第1曲線部の出口のうち、その幅方向おいて、その第1曲線部の曲がりの外側に対応する部分に配置されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の光導波路。
  6. 上記第2曲線部の入口の幅が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっており、上記第1曲線部の幅,上記直線部の幅および上記第2曲線部の幅が、それぞれ、長さ方向に一定になっており、上記第1曲線部の幅が、上記第2曲線部の幅よりも広くなっており、上記第1曲線部の幅と、上記直線部の幅とが等しくなっており、上記第2曲線部の入口が、上記直線部の出口のうち、その幅方向おいて、上記第1曲線部の曲がりの外側に対応する部分に配置されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の光導波路。
  7. 上記第2曲線部の入口の幅が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっており、上記第1曲線部の幅および上記第2曲線部の幅が、それぞれ、長さ方向に一定になっており、上記第1曲線部の幅が、上記第2曲線部の幅よりも広くなっており、上記直線部の入口の幅が、上記第1曲線部の幅と等しく、その直線部の出口の幅が、上記第2曲線部の幅と等しくなっている請求項1〜3のいずれか一項に記載の光導波路。
  8. 上記第2曲線部の入口の幅が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっており、上記第1曲線部の幅,上記直線部の幅および上記第2曲線部の幅が、全て、長さ方向に一定で等しくなっている請求項1〜3のいずれか一項に記載の光導波路。
  9. 上記第1曲線部の出口の幅が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっており、上記第1曲線部の出口の幅(B1:単位μm)と、その第1曲線部の曲率半径(R1:単位mm)と、上記S字状の部分が形成されたコアの屈折率(K1)と、そのコアの側面を被覆するクラッド層の屈折率(K2)との関係が、下記の式(3)を満たしている請求項1記載の光導波路。
    Figure 2017054113
  10. 上記第1曲線部の出口の幅が、上記S字状の部分より上流側のコア部分の幅よりも狭くなっており、上記第1曲線部の幅が、その第1曲線部の入口から出口にいくにつれて徐々に狭くなっており、上記直線部の幅および上記第2曲線部の幅が、それぞれ、長さ方向に一定になっており、上記第1曲線部の出口の幅と、上記直線部の幅と、上記第2曲線部の幅とが等しくなっている請求項1または9記載の光導波路。
  11. 複数の線状のコアからなる格子状部分と、この格子状部分の外周部の一横辺および一縦辺にそれぞれ位置し、上記格子状部分の各縦コアの先端および各横コアの先端に光接続する第1外周コア部と、上記格子状部分を介して上記一横辺および一縦辺にそれぞれ対面する他横辺および他縦辺に位置し、その各他辺に沿って延び、上記格子状部分の各縦コアの後端および各横コアの後端から延設されている第2外周コア部とを備えたシート状のコアパターン部材と、このコアパターン部材を上下から挟持するシート状のクラッド層とを有するシート状の光導波路と、この光導波路の上記第1外周コア部の端面に接続された発光素子と、上記第2外周コア部の端面に接続された受光素子とを備えた位置センサであって、上記第2外周コア部の少なくとも一部分に対応する光導波路の部分が、上記請求項1〜8のいずれか一項に記載の光導波路であり、上記発光素子で発光された光が、上記第1外周コア部から上記格子状部分および上記第2外周コア部を経て、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。
  12. 上記請求項1,9,10のいずれか一項に記載の光導波路と、この光導波路のコアの端部と光接続された光部材とを備えていることを特徴とする光回路基板。
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