光導波路およびそれを備えた３次元光学式タッチパネル
【課題】１層の光導波路でありながら、ＸＹＺ座標を検出できる光導波路と、それを備えた単純な構造の３次元光学式タッチパネルを提供する。
【解決手段】光導波路３０は、クラッド層３２の先端３２ａに設けられた、光導波路３０の主面と４５°±５°をなす４５°ミラーと、クラッド層３２の、４５°ミラーとコア３１の間に設けられた、光導波路３２の主面と８°±３°をなす８°ミラーと、４５°ミラーの長手方向に光入射点が整列した複数のコア３１を備える。
【解決手段】光導波路３０は、クラッド層３２の先端３２ａに設けられた、光導波路３０の主面と４５°±５°をなす４５°ミラーと、クラッド層３２の、４５°ミラーとコア３１の間に設けられた、光導波路３２の主面と８°±３°をなす８°ミラーと、４５°ミラーの長手方向に光入射点が整列した複数のコア３１を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式タッチパネルなどに用いられる光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書では、光学式タッチパネルの画面の隣り合う２辺の方向をＸ軸、Ｙ軸とし、光学式タッチパネルの画面の垂直方向をＺ軸とする。通常、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交する。
【０００３】
光学式タッチパネルの受光側に用いられる従来の光導波路は、ＸＹ座標を検出することはできるが、Ｚ座標は検出することができない。
【０００４】
従来の光導波路を用いた光学式タッチパネルにおいて、Ｚ座標を検出しようとすると、複数の光導波路を積層する必要がある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３２３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の光導波路を用いた光学式タッチパネルにおいて、Ｚ座標を検出しようとすると、複数の光導波路を積層する必要がある。そのためには、複数の光導波路が必要であり、更にそれらの光導波路を精度よく積層する困難さがある。
【０００７】
本発明の目的は、１層の光導波路でありながら、ＸＹＺ座標を検出できる光導波路と、それを備えた単純な構造の３次元光学式タッチパネルを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、コアと、コアを埋設するクラッド層を備えた平面状の光導波路である。本発明の光導波路は、クラッド層の先端に設けられた、光導波路の主面と４５°±５°をなす４５°ミラーと、４５°ミラーの長手方向に光入射点が整列した複数のコアを備える。
【０００９】
（２）本発明の光導波路は、コアの光入射点近傍が凸レンズである。
【００１０】
（３）本発明は、コアと、コアを埋設するクラッド層を備えた平面状の光導波路である。本発明の光導波路は、クラッド層の先端に設けられた、光導波路の主面と４５°±５°をなす４５°ミラーと、クラッド層の、４５°ミラーとコアの間に設けられた、光導波路の主面と８°±３°をなす８°ミラーと、４５°ミラーの長手方向に光入射点が整列した複数のコアを備える。
【００１１】
（４）本発明の光導波路は、コアの光入射点近傍が凸レンズである。
【００１２】
（５）本発明の３次元光学式タッチパネルは、複数の、上記（１）または（２）に記載の光導波路を受光側光導波路として備える。
【００１３】
（６）本発明の３次元光学式タッチパネルは、複数の、上記（３）または（４）に記載の光導波路を受光側光導波路として備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光導波路は受光側に用いた場合、１層の光導波路でありながら、ＸＹＺ座標を検出できる。また、本発明の３次元光学式タッチパネルは、本発明の光導波路を備えたため、受光側光導波路が１層の単純な構造でありながら、ＸＹＺ座標を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）本発明の光導波路の平面図、（ｂ）本発明の光導波路の側面図
【図２】本発明の３次元光学式タッチパネルの平面図
【図３】（ａ）本発明の光導波路の平面図、（ｂ）本発明の光導波路の側面図
【図４】本発明の３次元光学式タッチパネルの平面図
【図５】（ａ）Ｙ軸方向にＶＣＳＥＬ光源を移動させたときの信号強度変化、（ｂ）Ｙ軸方向にマルチモード光ファイバ光源を移動させたときの信号強度変化
【図６】（ａ）Ｙ軸方向にＶＣＳＥＬ光源を移動させたときの信号強度変化、（ｂ）Ｙ軸方向にＶＣＳＥＬ光源を移動させたときの信号強度変化、（ｃ）Ｙ軸方向にＶＣＳＥＬ光源を移動させたときの信号強度変化
【図７】（ａ）Ｙ軸方向にマルチモード光ファイバ光源を移動させたときの信号強度変化、（ｂ）Ｙ軸方向にマルチモード光ファイバ光源を移動させたときの信号強度変化、（ｃ）Ｙ軸方向にマルチモード光ファイバ光源を移動させたときの信号強度変化
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の光導波路は、クラッド層の先端の光入射部に、主面（ＹＺ面）に対して４５°±５°傾斜した、４５°ミラーを備え、Ｚ方向に複数の光反射点を有し、各光反射点に対応する複数のコアを備え、各コアに対応する複数の光センサ要素を備える。Ｚ方向は４５°ミラーの長手方向である。
【００１７】
また、本発明の光導波路は、クラッド層の先端の光入射部に、主面（ＹＺ面）に対して４５°±５°傾斜した、４５°ミラーを備え、Ｚ方向に複数の光反射点を有し、光反射点とコアの間のクラッド層に主面（ＹＺ面）に対して８°±３°傾斜した、８°ミラーを備え、各光反射点に対応する複数のコアを備え、各コアに対応する複数の光センサ要素を備える。
【００１８】
本発明の光導波路は受光側に用いたとき、Ｚ方向に１層でありながら、Ｚ座標を検知することができる。
【００１９】
図１は本発明の光導波路１０の第１例である。図１（ａ）は本発明の光導波路１０の平面図、図１（ｂ）は本発明の光導波路１０の側面図である。
【００２０】
本発明の光導波路１０は、コア１１と、アンダークラッド層およびオーバークラッド層からなるクラッド層１２を備える。コア１１はクラッド層１２に埋設されている。コア１１の出射端は光センサ１３と光結合する。
【００２１】
クラッド層１２の先端の光入射部１２ａは、主面（ＹＺ面）に対して４５°傾斜した、４５°ミラーを形成している。光１４は、Ｘ軸に平行に光入射部１２ａに入射し、光入射部１２ａの４５°ミラーで反射され、クラッド層１２の内部をＹ軸方向に進行し、コア１１の先端１１ａに入射する。コア１１の先端１１ａ（光入射点）は、４５°ミラーの長手方向に整列している。
【００２２】
コア１１の先端１１ａは、扇型の平面凸レンズを形成している。この平面凸レンズは、ＹＺ平面上で、入射光１４をコア１１の中心に収束させる機能をもつ。この機能により、入射光１４をコア１１に導く効率が高くなる。
【００２３】
図１（ａ）の×印（１）〜（６）は光１４の反射点を示す。反射点（１）に到達した光１４は、対応するコア１１を通り、光センサ１３の（１）の要素１３ａに入射する。
【００２４】
同様にして、反射点（２）に到達した光１４は、光センサ１３の（２）の要素１３ａに入射する。反射点（３）に到達した光１４は、光センサ１３の（３）の要素１３ａに入射する。反射点（４）に到達した光１４は、光センサ１３の（４）の要素１３ａに入射する。反射点（５）に到達した光１４は、光センサ１３の（５）の要素１３ａに入射する。反射点（６）に到達した光１４は、光センサ１３の（６）の要素１３ａに入射する。
【００２５】
反射点（１）〜（６）は、ＸＹ座標は等しく、Ｚ座標が異なる。従って、図１の構成によると、ＸＹ座標が同一の点において、Ｚ座標が６段階に検知される。必要に応じて、コア１１の数および光センサ１３の要素１３ａの数を変更することにより、Ｚ座標の検知段階数を増減させることができる。
【００２６】
図２は、本発明の光導波路１０を備えた３次元光学式タッチパネル２０である。本発明の３次元光学式タッチパネル２０においては、本発明の光導波路１０をＸ軸方向に直列に３個備え、Ｙ軸方向に直列に３個備える。光導波路１０は、３次元光学式タッチパネル２０の受光側に用いられる。
【００２７】
３次元光学式タッチパネル２０において、右側の発光側光導波路２１から、３（Ｙ軸方向）×６（Ｚ軸方向）＝１８本のＸ軸方向の光１４が出射され、左側の３個の光導波路１０に入射する。また、上側の発光側光導波路２２から、３（Ｘ軸方向）×６（Ｚ軸方向）＝１８本のＹ軸方向の光１４が出射され、下側の３個の光導波路１０に入射する。
【００２８】
図２の３次元光学式タッチパネル２０においては、Ｘ座標が３段階に、Ｙ座標が３段階に、Ｚ座標が６段階に検知される。本発明の３次元光学式タッチパネル２０は、受光側の光導波路が１層でありながら、Ｚ座標が６段階に検知できる。
【００２９】
Ｘ軸方向に直列に結合された光導波路１０の数を増減することにより、Ｘ座標の検知段階数を増減することができる。Ｙ軸方向に直列に結合された光導波路１０の数を増減することにより、Ｙ座標の検知段階数を増減することができる。
【００３０】
図３は本発明の光導波路３０の第２例である。図３（ａ）は本発明の光導波路３０の平面図、図３（ｂ）は本発明の光導波路３０の側面図である。
【００３１】
本発明の光導波路３０は、コア３１と、アンダークラッド層およびオーバークラッド層からなるクラッド層３２を備える。コア３１はクラッド層３２に埋設されている。コア３１の出射端は光センサ３３と光結合する。
【００３２】
クラッド層３２の先端の光入射部３２ａは、表面が主面に対して４５°傾斜した、４５°ミラーを形成している。光入射部３２ａとコア３１の間のクラッド層３２ｂ（コア３１を含まない部分）は、表面が主面に対して８°傾斜した、８°ミラーを形成している。
【００３３】
光３４は、Ｘ軸に平行に光入射部３２ａに入射し、光入射部３２ａの４５°ミラーで反射され、クラッド層３２の内部をＹ軸の方向に進行し、クラッド層３２ｂの８°ミラーで反射され、コア３１の先端３１ａに入射する。
【００３４】
コア３１の先端３１ａは、扇型の平面凸レンズを形成している。この平面凸レンズは、ＹＺ平面上で、入射光３４をコア３１の中心に収束させる機能をもつ。この機能により、入射光３４をコア３１に導く効率が高くなる。
【００３５】
図３（ａ）の×印（１）〜（６）は光３４の反射点を示す。反射点（１）に到達した光３４は、その下の反射点でもう一度反射した後、対応するコア３１を通り、光センサ３３の（１）の要素３３ａに入射する。
【００３６】
同様にして、反射点（２）に到達した光３４は、光センサ３３の（２）の要素３３ａに入射する。反射点（３）に到達した光３４は、光センサ３３の（３）の要素３３ａに入射する。反射点（４）に到達した光３４は、光センサ３３の（４）の要素３３ａに入射する。反射点（５）に到達した光３４は、光センサ３３の（５）の要素３３ａに入射する。反射点（６）に到達した光３４は、光センサ３３の（６）の要素３３ａに入射する。
【００３７】
反射点（１）〜（６）は、ＸＹ座標は等しく、Ｚ座標が異なる。従って、図３の構成によれば、ＸＹ座標が同一の点において、Ｚ座標が６段階に検知される。必要に応じてコア３１の数および光センサ３３の要素３３ａの数を変更することにより、Ｚ座標の検知段階数を増減させることができる。
【００３８】
図３の光導波路３０は、図１の光導波路１０に、８°ミラーを追加したものである。図３の光導波路３０は、８°ミラーを追加したため、光３４の入射効率が、図１の光導波路１０より高い。図１の光導波路１０は、４５°ミラーのみ有する（８°ミラーを備えていない）。光導波路１０では、入射した光１４の一部は、４５°ミラーで反射した後、クラッド層１２内で拡散し、コア１１に入射しない傾向がある。図１の光導波路１０に８°ミラーを追加し、図３の光導波路３０とすると、クラッド層３２内で拡散した光３４を、８°ミラーで反射させてコア３１に入射させることができる。その結果、光導波路３０の方が光導波路１０より、光の入射効率が高くなる。
【００３９】
図４は、本発明の光導波路３０を備えた３次元光学式タッチパネル４０である。本発明の３次元光学式タッチパネル４０においては、本発明の光導波路３０をＸ軸方向に直列に３個備え、本発明の光導波路３０をＹ軸方向に直列に３個備える。光導波路３０は、３次元光学式タッチパネル４０の受光側に用いられる。
【００４０】
３次元光学式タッチパネル４０において、右側の発光側光導波路４１から、３（Ｙ軸方向）×６（Ｚ軸方向）＝１８本のＸ軸方向の光３４が出射され、左側の３個の光導波路３０に入射する。また、上側の発光側光導波路４２から、３（Ｘ軸方向）×６（Ｚ軸方向）＝１８本のＹ軸方向の光３４が出射され、下側の３個の光導波路３０に入射する。
【００４１】
図４の３次元光学式タッチパネル４０においては、Ｘ座標が３段階に、Ｙ座標が３段階に、Ｚ座標が６段階に検知される。本発明の３次元光学式タッチパネル４０は、受光側の光導波路が１層でありながら、Ｚ座標が６段階に検知できる。
【００４２】
Ｘ軸方向に直列に結合される光導波路３０を増減することにより、Ｘ座標の検知段階数を増減することができる。Ｙ軸方向に直列に結合される光導波路３０を増減することにより、Ｙ座標の検知段階数を増減することができる。
【実施例】
【００４３】
［材料組成］
（アンダークラッド層材料）
成分Ａ：脂環骨格を含むエポキシ樹脂（ダイセル化学工業社製ＥＨＰＥ３１５０）１００重量部と、
成分Ｂ：光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）２重量部をシクロヘキサンに溶解して、アンダークラッド層の材料とした。
【００４４】
（コア層材料）
成分Ｂ：光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）１重量部と、
成分Ｃ：フルオレン骨格を含むエポキシ樹脂（大阪ガスケミカル社製オグソールＥＧ）４０重量部と、
成分Ｄ：フルオレン骨格を含むエポキシ樹脂（ナガセケムテックス社製ＥＸ−１０４０）３０重量部と、
成分Ｅ：１，３，３−トリス（４−（２−（３−オキセタニル））ブトキシフェニル）ブタン３０重量部を乳酸エチルに溶解して、コア層の材料とした。
【００４５】
（オーバークラッド層材料）
成分Ｂ：光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）２重量部と、
成分Ｆ：脂環骨格を含むエポキシ樹脂（アデカ社製ＥＰ４０８０Ｅ）５０重量部と、
成分Ｇ：オキセタン樹脂（東亜合成社製ＯＸＴ−２２１）１０重量部と、
成分Ｈ：エポキシ樹脂（アデカ社製ＥＰ４０８５Ｓ）２０重量部と、
成分Ｉ：シリコーン樹脂（信越シリコーン社製Ｘ−２２−１６３）２０重量部を混合して、オーバークラッド層の材料とした。
【００４６】
［光導波路作製］
（アンダークラッド層作製）
基板（フロートガラス、３００ｍｍ×３００ｍｍ×１．１ｍｍ）の表面に、アンダークラッド層の材料を、スピンコータにより塗布した。引き続き、１００℃、５分間の乾燥処理を行なった。
【００４７】
次に、全面に、２，０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射した。引き続き、１００℃、５分間の加熱処理を行なった。以上のようにして、アンダークラッド層を形成した。
【００４８】
アンダークラッド層の膜厚は１０μｍであった。アンダークラッド層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５０９であった。
【００４９】
（コア層作製）
アンダークラッド層の表面に、コア層の材料を、スピンコータにより塗布した。引き続き、１００℃、５分間の乾燥処理を行なった。
【００５０】
次にフォトマスクを載せ、紫外線によるプロキシミティ露光を行なって、コア層の材料にパターンを転写した。フォトマスクは、合成石英系のクロムマスクであり、複数のレンズのパターンを有する。プロキシミティ露光のギャップは５０μｍであった。紫外線は、ｉ線バンドパスフィルタを通し、強度は１，６００ｍＪ／ｃｍ２であった。引き続き、１００℃、１０分間の加熱処理を行なった。
【００５１】
次にγ−ブチルラクトン水溶液を用いて現像を行ない、未露光部分を溶解除去した。引き続き、１２０℃、５分間の加熱処理を行なった。以上のようにして、コア層を形成した。
【００５２】
コア層の幅（レンズ部、合流部を除く）は１５μｍであった。コア層の高さは５０μｍであった。コア層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５９２であった。
【００５３】
（オーバークラッド層作製）
コア層およびアンダークラッド層の全面を覆うように、オーバークラッド層材料を塗布し、ウェット厚み６０μｍの樹脂層を形成した。引き続き、８０℃、５分間の加熱処理を行ない、コア周辺の樹脂層内気泡を取り除いた。
【００５４】
次に、ミラーのネガ型を有する凹型モールド（金属製）に、オーバークラッド層材料を充填し、このオーバークラッド層材料の表面に、上記の樹脂層を押圧し、密着させた。
【００５５】
次に、基板側から、２，０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射した。引き続き、８０℃、５分間の加熱処理を行なった。
【００５６】
凹型モールドを剥離して、異なる角度の２種類のミラーを備えたオーバークラッド層を得た。オーバークラッド層の厚みは３００μｍであった。オーバークラッド層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．４９７であった。以上のようにして、多数の光導波路の２次元集合体を作製した。
【００５７】
次に、光導波路の２次元集合体を、刃型を用いて個々の光導波路に裁断した。引き続き、受光素子（ＣＭＯＳセンサ）と光結合する端面を、ダイシングにより仕上げ切断した。
【００５８】
次に、光導波路の端面に受光素子（ＣＭＯＳセンサ）を光結合させた。
【００５９】
［評価］
図３に示す光導波路３０について、光源（ＶＣＳＥＬおよびマルチモード光ファイバ）からの光が、設計通り４５°ミラーおよび８°ミラーで反射し、コア３１へ導かれ、光センサ３３（ＣＭＯＳセンサ）で検出されることを確認した。また、ＣＭＯＳセンサの受光箇所が、光源の位置と連動して変化することも確認した。
【００６０】
図５に、光源をＹ方向に移動させたときの、光センサ３３の信号強度の変化を示す。図５（ａ）は光源がＶＣＳＥＬのとき、図５（ｂ）は光源がマルチモード光ファイバのときである。光源がＶＣＳＥＬのときとマルチモード光ファイバのときで、信号強度の変化の状況にほとんど差は無い。
【００６１】
図６に、光源をＶＣＳＥＬとし、光源をＹ方向に移動させたときの、光センサ３３の信号強度の変化を示す。図６（ａ）は入射光の反射点が図３の（６）のとき、図６（ｂ）は入射光の反射点が図３の（３）のとき、図６（ｃ）は入射光の反射点が図３の（１）のときである。すなわち図６（ａ）〜（ｃ）では、Ｚ座標が異なる。
【００６２】
光源のＺ座標が異なっても、光センサ３３の信号強度の変化は予想通りである。入射光の反射点が（６）→（３）→（１）と変わるにつれて、図６（ａ）→（ｂ）→（ｃ）のように信号強度が低下する。これは、入射光の反射点が（６）→（３）→（１）と変わるにつれて、コア３１の長さが長くなるためである。このばらつきは、光センサ３３の各要素３３ａの増幅度を調整することにより、なくすことができる。
【００６３】
図７は、光源をマルチモード光ファイバに代えて、図６と同じ測定をしたものである。図７（ａ）→（ｂ）→（ｃ）に従って生じる信号強度の低下が図６よりも少ないが、それ以外は図６と差はない。
【００６４】
［測定方法］
［屈折率］
アンダークラッド層、コア、オーバークラッド層の屈折率は、プリズムカプラ（ＳＡＩＲＯＮ ＴＥＣＮＯＬＯＧＹ社製ＳＰＡ−４０００）を用いて測定した。
【００６５】
［断面観察］
アンダークラッド層、コア、オーバークラッド層の断面は、マイクロスコープ（キーエンス社製ＶＨＸ−２００）を用いて測定した。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の光導波路は、３次元光学式タッチパネルに好ましく用いられる。本発明の３次元光学式タッチパネルは、不特定多数の人が高い頻度で使用する公共用タッチパネルに好ましく用いられる。
【符号の説明】
【００６７】
１１ コア
１１ａ コア先端
１２ クラッド層
１２ａ 光入射部
１３ 光センサ
１３ａ 要素
１４ 光
２０ ３次元光学式タッチパネル
２１ 発光側光導波路
２２ 発光側光導波路
３０ 光導波路
３１ コア
３１ａ コア先端
３２ クラッド層
３２ａ 光入射部
３２ｂ クラッド層
３３ 光センサ
３３ａ 光センサの要素
３４ 光
４０ ３次元光学式タッチパネル
４１ 発光側光導波路
４２ 発光側光導波路
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式タッチパネルなどに用いられる光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書では、光学式タッチパネルの画面の隣り合う２辺の方向をＸ軸、Ｙ軸とし、光学式タッチパネルの画面の垂直方向をＺ軸とする。通常、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交する。
【０００３】
光学式タッチパネルの受光側に用いられる従来の光導波路は、ＸＹ座標を検出することはできるが、Ｚ座標は検出することができない。
【０００４】
従来の光導波路を用いた光学式タッチパネルにおいて、Ｚ座標を検出しようとすると、複数の光導波路を積層する必要がある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３２３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の光導波路を用いた光学式タッチパネルにおいて、Ｚ座標を検出しようとすると、複数の光導波路を積層する必要がある。そのためには、複数の光導波路が必要であり、更にそれらの光導波路を精度よく積層する困難さがある。
【０００７】
本発明の目的は、１層の光導波路でありながら、ＸＹＺ座標を検出できる光導波路と、それを備えた単純な構造の３次元光学式タッチパネルを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、コアと、コアを埋設するクラッド層を備えた平面状の光導波路である。本発明の光導波路は、クラッド層の先端に設けられた、光導波路の主面と４５°±５°をなす４５°ミラーと、４５°ミラーの長手方向に光入射点が整列した複数のコアを備える。
【０００９】
（２）本発明の光導波路は、コアの光入射点近傍が凸レンズである。
【００１０】
（３）本発明は、コアと、コアを埋設するクラッド層を備えた平面状の光導波路である。本発明の光導波路は、クラッド層の先端に設けられた、光導波路の主面と４５°±５°をなす４５°ミラーと、クラッド層の、４５°ミラーとコアの間に設けられた、光導波路の主面と８°±３°をなす８°ミラーと、４５°ミラーの長手方向に光入射点が整列した複数のコアを備える。
【００１１】
（４）本発明の光導波路は、コアの光入射点近傍が凸レンズである。
【００１２】
（５）本発明の３次元光学式タッチパネルは、複数の、上記（１）または（２）に記載の光導波路を受光側光導波路として備える。
【００１３】
（６）本発明の３次元光学式タッチパネルは、複数の、上記（３）または（４）に記載の光導波路を受光側光導波路として備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光導波路は受光側に用いた場合、１層の光導波路でありながら、ＸＹＺ座標を検出できる。また、本発明の３次元光学式タッチパネルは、本発明の光導波路を備えたため、受光側光導波路が１層の単純な構造でありながら、ＸＹＺ座標を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）本発明の光導波路の平面図、（ｂ）本発明の光導波路の側面図
【図２】本発明の３次元光学式タッチパネルの平面図
【図３】（ａ）本発明の光導波路の平面図、（ｂ）本発明の光導波路の側面図
【図４】本発明の３次元光学式タッチパネルの平面図
【図５】（ａ）Ｙ軸方向にＶＣＳＥＬ光源を移動させたときの信号強度変化、（ｂ）Ｙ軸方向にマルチモード光ファイバ光源を移動させたときの信号強度変化
【図６】（ａ）Ｙ軸方向にＶＣＳＥＬ光源を移動させたときの信号強度変化、（ｂ）Ｙ軸方向にＶＣＳＥＬ光源を移動させたときの信号強度変化、（ｃ）Ｙ軸方向にＶＣＳＥＬ光源を移動させたときの信号強度変化
【図７】（ａ）Ｙ軸方向にマルチモード光ファイバ光源を移動させたときの信号強度変化、（ｂ）Ｙ軸方向にマルチモード光ファイバ光源を移動させたときの信号強度変化、（ｃ）Ｙ軸方向にマルチモード光ファイバ光源を移動させたときの信号強度変化
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の光導波路は、クラッド層の先端の光入射部に、主面（ＹＺ面）に対して４５°±５°傾斜した、４５°ミラーを備え、Ｚ方向に複数の光反射点を有し、各光反射点に対応する複数のコアを備え、各コアに対応する複数の光センサ要素を備える。Ｚ方向は４５°ミラーの長手方向である。
【００１７】
また、本発明の光導波路は、クラッド層の先端の光入射部に、主面（ＹＺ面）に対して４５°±５°傾斜した、４５°ミラーを備え、Ｚ方向に複数の光反射点を有し、光反射点とコアの間のクラッド層に主面（ＹＺ面）に対して８°±３°傾斜した、８°ミラーを備え、各光反射点に対応する複数のコアを備え、各コアに対応する複数の光センサ要素を備える。
【００１８】
本発明の光導波路は受光側に用いたとき、Ｚ方向に１層でありながら、Ｚ座標を検知することができる。
【００１９】
図１は本発明の光導波路１０の第１例である。図１（ａ）は本発明の光導波路１０の平面図、図１（ｂ）は本発明の光導波路１０の側面図である。
【００２０】
本発明の光導波路１０は、コア１１と、アンダークラッド層およびオーバークラッド層からなるクラッド層１２を備える。コア１１はクラッド層１２に埋設されている。コア１１の出射端は光センサ１３と光結合する。
【００２１】
クラッド層１２の先端の光入射部１２ａは、主面（ＹＺ面）に対して４５°傾斜した、４５°ミラーを形成している。光１４は、Ｘ軸に平行に光入射部１２ａに入射し、光入射部１２ａの４５°ミラーで反射され、クラッド層１２の内部をＹ軸方向に進行し、コア１１の先端１１ａに入射する。コア１１の先端１１ａ（光入射点）は、４５°ミラーの長手方向に整列している。
【００２２】
コア１１の先端１１ａは、扇型の平面凸レンズを形成している。この平面凸レンズは、ＹＺ平面上で、入射光１４をコア１１の中心に収束させる機能をもつ。この機能により、入射光１４をコア１１に導く効率が高くなる。
【００２３】
図１（ａ）の×印（１）〜（６）は光１４の反射点を示す。反射点（１）に到達した光１４は、対応するコア１１を通り、光センサ１３の（１）の要素１３ａに入射する。
【００２４】
同様にして、反射点（２）に到達した光１４は、光センサ１３の（２）の要素１３ａに入射する。反射点（３）に到達した光１４は、光センサ１３の（３）の要素１３ａに入射する。反射点（４）に到達した光１４は、光センサ１３の（４）の要素１３ａに入射する。反射点（５）に到達した光１４は、光センサ１３の（５）の要素１３ａに入射する。反射点（６）に到達した光１４は、光センサ１３の（６）の要素１３ａに入射する。
【００２５】
反射点（１）〜（６）は、ＸＹ座標は等しく、Ｚ座標が異なる。従って、図１の構成によると、ＸＹ座標が同一の点において、Ｚ座標が６段階に検知される。必要に応じて、コア１１の数および光センサ１３の要素１３ａの数を変更することにより、Ｚ座標の検知段階数を増減させることができる。
【００２６】
図２は、本発明の光導波路１０を備えた３次元光学式タッチパネル２０である。本発明の３次元光学式タッチパネル２０においては、本発明の光導波路１０をＸ軸方向に直列に３個備え、Ｙ軸方向に直列に３個備える。光導波路１０は、３次元光学式タッチパネル２０の受光側に用いられる。
【００２７】
３次元光学式タッチパネル２０において、右側の発光側光導波路２１から、３（Ｙ軸方向）×６（Ｚ軸方向）＝１８本のＸ軸方向の光１４が出射され、左側の３個の光導波路１０に入射する。また、上側の発光側光導波路２２から、３（Ｘ軸方向）×６（Ｚ軸方向）＝１８本のＹ軸方向の光１４が出射され、下側の３個の光導波路１０に入射する。
【００２８】
図２の３次元光学式タッチパネル２０においては、Ｘ座標が３段階に、Ｙ座標が３段階に、Ｚ座標が６段階に検知される。本発明の３次元光学式タッチパネル２０は、受光側の光導波路が１層でありながら、Ｚ座標が６段階に検知できる。
【００２９】
Ｘ軸方向に直列に結合された光導波路１０の数を増減することにより、Ｘ座標の検知段階数を増減することができる。Ｙ軸方向に直列に結合された光導波路１０の数を増減することにより、Ｙ座標の検知段階数を増減することができる。
【００３０】
図３は本発明の光導波路３０の第２例である。図３（ａ）は本発明の光導波路３０の平面図、図３（ｂ）は本発明の光導波路３０の側面図である。
【００３１】
本発明の光導波路３０は、コア３１と、アンダークラッド層およびオーバークラッド層からなるクラッド層３２を備える。コア３１はクラッド層３２に埋設されている。コア３１の出射端は光センサ３３と光結合する。
【００３２】
クラッド層３２の先端の光入射部３２ａは、表面が主面に対して４５°傾斜した、４５°ミラーを形成している。光入射部３２ａとコア３１の間のクラッド層３２ｂ（コア３１を含まない部分）は、表面が主面に対して８°傾斜した、８°ミラーを形成している。
【００３３】
光３４は、Ｘ軸に平行に光入射部３２ａに入射し、光入射部３２ａの４５°ミラーで反射され、クラッド層３２の内部をＹ軸の方向に進行し、クラッド層３２ｂの８°ミラーで反射され、コア３１の先端３１ａに入射する。
【００３４】
コア３１の先端３１ａは、扇型の平面凸レンズを形成している。この平面凸レンズは、ＹＺ平面上で、入射光３４をコア３１の中心に収束させる機能をもつ。この機能により、入射光３４をコア３１に導く効率が高くなる。
【００３５】
図３（ａ）の×印（１）〜（６）は光３４の反射点を示す。反射点（１）に到達した光３４は、その下の反射点でもう一度反射した後、対応するコア３１を通り、光センサ３３の（１）の要素３３ａに入射する。
【００３６】
同様にして、反射点（２）に到達した光３４は、光センサ３３の（２）の要素３３ａに入射する。反射点（３）に到達した光３４は、光センサ３３の（３）の要素３３ａに入射する。反射点（４）に到達した光３４は、光センサ３３の（４）の要素３３ａに入射する。反射点（５）に到達した光３４は、光センサ３３の（５）の要素３３ａに入射する。反射点（６）に到達した光３４は、光センサ３３の（６）の要素３３ａに入射する。
【００３７】
反射点（１）〜（６）は、ＸＹ座標は等しく、Ｚ座標が異なる。従って、図３の構成によれば、ＸＹ座標が同一の点において、Ｚ座標が６段階に検知される。必要に応じてコア３１の数および光センサ３３の要素３３ａの数を変更することにより、Ｚ座標の検知段階数を増減させることができる。
【００３８】
図３の光導波路３０は、図１の光導波路１０に、８°ミラーを追加したものである。図３の光導波路３０は、８°ミラーを追加したため、光３４の入射効率が、図１の光導波路１０より高い。図１の光導波路１０は、４５°ミラーのみ有する（８°ミラーを備えていない）。光導波路１０では、入射した光１４の一部は、４５°ミラーで反射した後、クラッド層１２内で拡散し、コア１１に入射しない傾向がある。図１の光導波路１０に８°ミラーを追加し、図３の光導波路３０とすると、クラッド層３２内で拡散した光３４を、８°ミラーで反射させてコア３１に入射させることができる。その結果、光導波路３０の方が光導波路１０より、光の入射効率が高くなる。
【００３９】
図４は、本発明の光導波路３０を備えた３次元光学式タッチパネル４０である。本発明の３次元光学式タッチパネル４０においては、本発明の光導波路３０をＸ軸方向に直列に３個備え、本発明の光導波路３０をＹ軸方向に直列に３個備える。光導波路３０は、３次元光学式タッチパネル４０の受光側に用いられる。
【００４０】
３次元光学式タッチパネル４０において、右側の発光側光導波路４１から、３（Ｙ軸方向）×６（Ｚ軸方向）＝１８本のＸ軸方向の光３４が出射され、左側の３個の光導波路３０に入射する。また、上側の発光側光導波路４２から、３（Ｘ軸方向）×６（Ｚ軸方向）＝１８本のＹ軸方向の光３４が出射され、下側の３個の光導波路３０に入射する。
【００４１】
図４の３次元光学式タッチパネル４０においては、Ｘ座標が３段階に、Ｙ座標が３段階に、Ｚ座標が６段階に検知される。本発明の３次元光学式タッチパネル４０は、受光側の光導波路が１層でありながら、Ｚ座標が６段階に検知できる。
【００４２】
Ｘ軸方向に直列に結合される光導波路３０を増減することにより、Ｘ座標の検知段階数を増減することができる。Ｙ軸方向に直列に結合される光導波路３０を増減することにより、Ｙ座標の検知段階数を増減することができる。
【実施例】
【００４３】
［材料組成］
（アンダークラッド層材料）
成分Ａ：脂環骨格を含むエポキシ樹脂（ダイセル化学工業社製ＥＨＰＥ３１５０）１００重量部と、
成分Ｂ：光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）２重量部をシクロヘキサンに溶解して、アンダークラッド層の材料とした。
【００４４】
（コア層材料）
成分Ｂ：光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）１重量部と、
成分Ｃ：フルオレン骨格を含むエポキシ樹脂（大阪ガスケミカル社製オグソールＥＧ）４０重量部と、
成分Ｄ：フルオレン骨格を含むエポキシ樹脂（ナガセケムテックス社製ＥＸ−１０４０）３０重量部と、
成分Ｅ：１，３，３−トリス（４−（２−（３−オキセタニル））ブトキシフェニル）ブタン３０重量部を乳酸エチルに溶解して、コア層の材料とした。
【００４５】
（オーバークラッド層材料）
成分Ｂ：光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）２重量部と、
成分Ｆ：脂環骨格を含むエポキシ樹脂（アデカ社製ＥＰ４０８０Ｅ）５０重量部と、
成分Ｇ：オキセタン樹脂（東亜合成社製ＯＸＴ−２２１）１０重量部と、
成分Ｈ：エポキシ樹脂（アデカ社製ＥＰ４０８５Ｓ）２０重量部と、
成分Ｉ：シリコーン樹脂（信越シリコーン社製Ｘ−２２−１６３）２０重量部を混合して、オーバークラッド層の材料とした。
【００４６】
［光導波路作製］
（アンダークラッド層作製）
基板（フロートガラス、３００ｍｍ×３００ｍｍ×１．１ｍｍ）の表面に、アンダークラッド層の材料を、スピンコータにより塗布した。引き続き、１００℃、５分間の乾燥処理を行なった。
【００４７】
次に、全面に、２，０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射した。引き続き、１００℃、５分間の加熱処理を行なった。以上のようにして、アンダークラッド層を形成した。
【００４８】
アンダークラッド層の膜厚は１０μｍであった。アンダークラッド層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５０９であった。
【００４９】
（コア層作製）
アンダークラッド層の表面に、コア層の材料を、スピンコータにより塗布した。引き続き、１００℃、５分間の乾燥処理を行なった。
【００５０】
次にフォトマスクを載せ、紫外線によるプロキシミティ露光を行なって、コア層の材料にパターンを転写した。フォトマスクは、合成石英系のクロムマスクであり、複数のレンズのパターンを有する。プロキシミティ露光のギャップは５０μｍであった。紫外線は、ｉ線バンドパスフィルタを通し、強度は１，６００ｍＪ／ｃｍ２であった。引き続き、１００℃、１０分間の加熱処理を行なった。
【００５１】
次にγ−ブチルラクトン水溶液を用いて現像を行ない、未露光部分を溶解除去した。引き続き、１２０℃、５分間の加熱処理を行なった。以上のようにして、コア層を形成した。
【００５２】
コア層の幅（レンズ部、合流部を除く）は１５μｍであった。コア層の高さは５０μｍであった。コア層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５９２であった。
【００５３】
（オーバークラッド層作製）
コア層およびアンダークラッド層の全面を覆うように、オーバークラッド層材料を塗布し、ウェット厚み６０μｍの樹脂層を形成した。引き続き、８０℃、５分間の加熱処理を行ない、コア周辺の樹脂層内気泡を取り除いた。
【００５４】
次に、ミラーのネガ型を有する凹型モールド（金属製）に、オーバークラッド層材料を充填し、このオーバークラッド層材料の表面に、上記の樹脂層を押圧し、密着させた。
【００５５】
次に、基板側から、２，０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射した。引き続き、８０℃、５分間の加熱処理を行なった。
【００５６】
凹型モールドを剥離して、異なる角度の２種類のミラーを備えたオーバークラッド層を得た。オーバークラッド層の厚みは３００μｍであった。オーバークラッド層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．４９７であった。以上のようにして、多数の光導波路の２次元集合体を作製した。
【００５７】
次に、光導波路の２次元集合体を、刃型を用いて個々の光導波路に裁断した。引き続き、受光素子（ＣＭＯＳセンサ）と光結合する端面を、ダイシングにより仕上げ切断した。
【００５８】
次に、光導波路の端面に受光素子（ＣＭＯＳセンサ）を光結合させた。
【００５９】
［評価］
図３に示す光導波路３０について、光源（ＶＣＳＥＬおよびマルチモード光ファイバ）からの光が、設計通り４５°ミラーおよび８°ミラーで反射し、コア３１へ導かれ、光センサ３３（ＣＭＯＳセンサ）で検出されることを確認した。また、ＣＭＯＳセンサの受光箇所が、光源の位置と連動して変化することも確認した。
【００６０】
図５に、光源をＹ方向に移動させたときの、光センサ３３の信号強度の変化を示す。図５（ａ）は光源がＶＣＳＥＬのとき、図５（ｂ）は光源がマルチモード光ファイバのときである。光源がＶＣＳＥＬのときとマルチモード光ファイバのときで、信号強度の変化の状況にほとんど差は無い。
【００６１】
図６に、光源をＶＣＳＥＬとし、光源をＹ方向に移動させたときの、光センサ３３の信号強度の変化を示す。図６（ａ）は入射光の反射点が図３の（６）のとき、図６（ｂ）は入射光の反射点が図３の（３）のとき、図６（ｃ）は入射光の反射点が図３の（１）のときである。すなわち図６（ａ）〜（ｃ）では、Ｚ座標が異なる。
【００６２】
光源のＺ座標が異なっても、光センサ３３の信号強度の変化は予想通りである。入射光の反射点が（６）→（３）→（１）と変わるにつれて、図６（ａ）→（ｂ）→（ｃ）のように信号強度が低下する。これは、入射光の反射点が（６）→（３）→（１）と変わるにつれて、コア３１の長さが長くなるためである。このばらつきは、光センサ３３の各要素３３ａの増幅度を調整することにより、なくすことができる。
【００６３】
図７は、光源をマルチモード光ファイバに代えて、図６と同じ測定をしたものである。図７（ａ）→（ｂ）→（ｃ）に従って生じる信号強度の低下が図６よりも少ないが、それ以外は図６と差はない。
【００６４】
［測定方法］
［屈折率］
アンダークラッド層、コア、オーバークラッド層の屈折率は、プリズムカプラ（ＳＡＩＲＯＮ ＴＥＣＮＯＬＯＧＹ社製ＳＰＡ−４０００）を用いて測定した。
【００６５】
［断面観察］
アンダークラッド層、コア、オーバークラッド層の断面は、マイクロスコープ（キーエンス社製ＶＨＸ−２００）を用いて測定した。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の光導波路は、３次元光学式タッチパネルに好ましく用いられる。本発明の３次元光学式タッチパネルは、不特定多数の人が高い頻度で使用する公共用タッチパネルに好ましく用いられる。
【符号の説明】
【００６７】
１１ コア
１１ａ コア先端
１２ クラッド層
１２ａ 光入射部
１３ 光センサ
１３ａ 要素
１４ 光
２０ ３次元光学式タッチパネル
２１ 発光側光導波路
２２ 発光側光導波路
３０ 光導波路
３１ コア
３１ａ コア先端
３２ クラッド層
３２ａ 光入射部
３２ｂ クラッド層
３３ 光センサ
３３ａ 光センサの要素
３４ 光
４０ ３次元光学式タッチパネル
４１ 発光側光導波路
４２ 発光側光導波路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、前記コアを埋設するクラッド層を備えた平面状の光導波路であって、
前記クラッド層の先端に設けられた、光導波路の主面と４５°±５°をなす４５°ミラーと、
前記４５°ミラーの長手方向に光入射点が整列した複数の前記コアを備えた光導波路。
【請求項２】
前記光入射点近傍が凸レンズの前記コアを備えた請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
コアと、前記コアを埋設するクラッド層を備えた平面状の光導波路であって、
前記クラッド層の先端に設けられた、光導波路の主面と４５°±５°をなす４５°ミラーと、
前記クラッド層の、前記４５°ミラーと前記コアの間に設けられた、光導波路の主面と８°±３°をなす８°ミラーと、
前記４５°ミラーの長手方向に光入射点が整列した複数の前記コアを備えた光導波路。
【請求項４】
前記光入射点近傍が凸レンズの前記コアを備えた請求項３に記載の光導波路。
【請求項５】
請求項１または２に記載の複数の光導波路を受光側光導波路として備えた３次元光学式タッチパネル。
【請求項６】
請求項３または４に記載の複数の光導波路を受光側光導波路として備えた３次元光学式タッチパネル。
【請求項１】
コアと、前記コアを埋設するクラッド層を備えた平面状の光導波路であって、
前記クラッド層の先端に設けられた、光導波路の主面と４５°±５°をなす４５°ミラーと、
前記４５°ミラーの長手方向に光入射点が整列した複数の前記コアを備えた光導波路。
【請求項２】
前記光入射点近傍が凸レンズの前記コアを備えた請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
コアと、前記コアを埋設するクラッド層を備えた平面状の光導波路であって、
前記クラッド層の先端に設けられた、光導波路の主面と４５°±５°をなす４５°ミラーと、
前記クラッド層の、前記４５°ミラーと前記コアの間に設けられた、光導波路の主面と８°±３°をなす８°ミラーと、
前記４５°ミラーの長手方向に光入射点が整列した複数の前記コアを備えた光導波路。
【請求項４】
前記光入射点近傍が凸レンズの前記コアを備えた請求項３に記載の光導波路。
【請求項５】
請求項１または２に記載の複数の光導波路を受光側光導波路として備えた３次元光学式タッチパネル。
【請求項６】
請求項３または４に記載の複数の光導波路を受光側光導波路として備えた３次元光学式タッチパネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２３７８３３（Ｐ２０１２−２３７８３３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０５７８６（Ｐ２０１１−１０５７８６）
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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