專利名稱：光波導(dǎo)路裝置及光學(xué)式觸摸面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠進(jìn)行光學(xué)三維檢測的光波導(dǎo)路裝置和使用該光波導(dǎo)路裝置的能夠進(jìn)行光學(xué)三維檢測的光學(xué)式觸摸面板。
背景技術(shù)：
公知有使來自發(fā)光元件的光經(jīng)由發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路而引導(dǎo)向坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域、使通過了坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的光經(jīng)由受光側(cè)光波導(dǎo)路而引導(dǎo)向受光元件的光學(xué)式觸摸面板(例如專利文獻(xiàn)1、2)。在專利文獻(xiàn)1 (USER INPUT DEVICE FOR A COMPUTER SYSTEM :計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶輸入裝置)的光學(xué)式觸摸面板中，能夠檢測遮擋了坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的光線的物體的二維坐標(biāo) (xy坐標(biāo))。另外，在專利文獻(xiàn)2 (觸摸面板用光波導(dǎo)路)的光學(xué)式觸摸面板中，能夠檢測遮擋了坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的光線的物體的二維坐標(biāo)Uy坐標(biāo))。圖8是專利文獻(xiàn)2的光學(xué)式觸摸面板40。如圖8的(a)所示，從發(fā)光元件41出射的光，通過發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路42出射到坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域43。通過了坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域43的光線 44，通過受光側(cè)光波導(dǎo)路45進(jìn)入受光元件46。如圖8的(c)所示，在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域43的下方設(shè)有圖像顯示裝置47。如圖8的(c)、(d)所示，在發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路42中，芯48埋設(shè)于包層49。另外，如圖8的(b)、(c)所示，在受光側(cè)光波導(dǎo)路45中，芯50埋設(shè)于包層51。光在芯48、50與包層49、51的交界面上全反射，同時(shí)在芯48、50中行進(jìn)。為了使光在芯48、50與包層49、51 的交界面上全反射，使芯48、50的折射率設(shè)定得比包層49、51的折射率高。圖9是專利文獻(xiàn)2的光學(xué)式觸摸面板40中所使用的發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路裝置的立體圖。發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路裝置是指耦合了發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路42與發(fā)光元件41而成的裝置。從直線排列發(fā)光區(qū)域52而成的一維發(fā)光元件41出射的光53入射到發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路42的芯 48。通過了芯48的光作為光線44從芯48的端(出射口)出射到坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域43。在圖 9中，為了說明，相離開地繪制了發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路42與發(fā)光元件41，但是實(shí)際上發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路42與發(fā)光元件41緊密接觸、光耦合在一起。圖10是專利文獻(xiàn)2的光學(xué)式觸摸面板40中所使用的受光側(cè)光波導(dǎo)路裝置的立體圖。受光側(cè)光波導(dǎo)路裝置是指耦合了受光側(cè)光波導(dǎo)路45與受光元件46而成的裝置。通過了坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域43的光線44入射到受光側(cè)光波導(dǎo)路45的芯50。通過了芯50的光從芯 50的端出射，入射到直線排列受光區(qū)域M的一維受光元件46。在圖10中，為了說明，相離開地繪制了受光側(cè)光波導(dǎo)路45與受光元件46，但是實(shí)際上受光側(cè)光波導(dǎo)路45與受光元件 46緊密接觸、光耦合在一起。在圖8所示的專利文獻(xiàn)2的光學(xué)式觸摸面板40中，沒有檢測物體的高度方向的坐標(biāo)(ζ坐標(biāo)；與坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域43的表面垂直的方向的坐標(biāo))的部件。因此，在專利文獻(xiàn)2的光學(xué)式觸摸面板40中，不能夠檢測坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域43的物體的高度方向的坐標(biāo)(ζ坐標(biāo))。 同樣地在專利文獻(xiàn)1的光學(xué)式觸摸面板中，也不能夠檢測坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的物體的高度方向
3的坐標(biāo)(ζ坐標(biāo))。若能夠檢測坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的物體的三維坐標(biāo)(xyz坐標(biāo))，則能夠考慮各種各樣的利用方法，因此公開有能夠檢測三維坐標(biāo)的觸摸面板(例如專利文獻(xiàn)3 7)。在專利文獻(xiàn)3 (三維位置識(shí)別型觸摸面板裝置)中，在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的周圍，設(shè)有沿X方向、y方向、ζ方向排列的多個(gè)傳感器(Z方向?yàn)楦叨确较?。專利文獻(xiàn)3的觸摸面板為光學(xué)式觸摸面板。使用該光學(xué)式觸摸面板來檢測遮擋坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的光線的物體的Z坐標(biāo)。在專利文獻(xiàn)3中，詳細(xì)說明了所識(shí)別的三維位置數(shù)據(jù)的使用方法，但是關(guān)于傳感器的構(gòu)造卻沒有具體的記載。因此，在專利文獻(xiàn)3中，用于檢測物體的三維坐標(biāo)(xyz坐標(biāo))的部件是不清楚的。在專利文獻(xiàn)4 (電子筆及觸摸面板裝置)中，在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的周圍，設(shè)有沿水平方向(X方向、y方向)排列的多個(gè)傳感器。專利文獻(xiàn)4的觸摸面板為光學(xué)式觸摸面板。但是，沒有沿高度方向(ζ方向)排列的傳感器。因而，在該觸摸面板裝置中，不能夠光學(xué)檢測 ζ坐標(biāo)。取而代之，檢測施加在電子筆上的筆壓、電子筆的傾斜，計(jì)算ζ方向的按壓力，將ζ 方向的按壓力換算為ζ坐標(biāo)，來檢測電子筆的三維坐標(biāo)(xyz坐標(biāo))。在專利文獻(xiàn)4的觸摸面板裝置中，必須使用專用的電子筆。因此，該觸摸面板裝置不面向不特定的許多人所使用的觸摸面板裝置、例如ATM或自動(dòng)售票機(jī)。在專利文獻(xiàn)5 (觸摸面板輸入方法及裝置)中，采用表面彈性波觸摸面板。在表面彈性波觸摸面板中能夠檢測出觸摸的按壓力。因此，將觸摸的按壓力換算為ζ坐標(biāo)，來檢測物體的三維坐標(biāo)(xyz坐標(biāo))。因此，使用者必須將觸摸的按壓強(qiáng)度調(diào)整成與觸摸面板的設(shè)定相一致。要求不特定的許多人調(diào)整按壓強(qiáng)度是困難的。而且，過大的按壓成為了導(dǎo)致觸摸面板產(chǎn)生故障的原因。在專利文獻(xiàn)6 (觸摸面板式輸入裝置)中，在電阻膜式觸摸面板的背面設(shè)有壓敏傳感器。利用電阻膜式觸摸面板的一般功能來檢測按壓位置(xy坐標(biāo))。利用壓敏傳感器來檢測按壓力與按壓時(shí)間，將按壓力與按壓時(shí)間換算為ζ坐標(biāo)。將該ζ坐標(biāo)與按壓位置(xy 坐標(biāo))相配合，來檢測出物體的三維坐標(biāo)(xyz坐標(biāo))。使用者必須將觸摸的按壓力與按壓時(shí)間調(diào)整成與觸摸面板的設(shè)定相一致。要求不特定的許多人調(diào)整按壓力與按壓時(shí)間是困難的。而且，過大的按壓強(qiáng)度成為了導(dǎo)致觸摸面板產(chǎn)生故障的原因。當(dāng)在圖像顯示裝置的顯示性能容易降低的電阻膜式觸摸面板上進(jìn)一步添加壓敏傳感器時(shí)，顯示圖像裝置的顯示性能有可能進(jìn)一步降低。在專利文獻(xiàn)7 (三維觸摸面板)中，利用設(shè)置在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的四角的壓力傳感器來檢測施加在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的負(fù)荷。根據(jù)4個(gè)壓力傳感器的輸出，計(jì)算按壓坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的物體的位置(xy坐標(biāo))與按壓力。將按壓力換算為ζ坐標(biāo)，來檢測物體的三維位置(xyz 坐標(biāo))。使用者必須將觸摸的按壓強(qiáng)度調(diào)整成與觸摸面板的設(shè)定相一致。要求不特定的許多人調(diào)整按壓強(qiáng)度是困難的。而且，過大的按壓強(qiáng)度成為了導(dǎo)致觸摸面板產(chǎn)生故障的原因。專利文獻(xiàn)1 =US 6，351，260B 1專利文獻(xiàn)2 日本特開2008-181411號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開平8-212005號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開2006-9M10號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 日本特開平10-133818號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)6 日本特開2006-39745號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7 日本特開2006-U6997號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上問題，本發(fā)明的目的如下。(1)提供一種能夠光學(xué)檢測物體的三維位置坐標(biāo)(x、y、z坐標(biāo))的光波導(dǎo)路裝置。(2)提供一種能夠使用上述光波導(dǎo)路裝置來光學(xué)檢測物體的三維位置坐標(biāo)(X、y、 ζ坐標(biāo))的光學(xué)式觸摸面板。(1)本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(受光側(cè))具有光波導(dǎo)路層疊體。光波導(dǎo)路層疊體是將多個(gè)光波導(dǎo)路的至少一部分層疊而成的。光波導(dǎo)路層疊體具有光的入射端與出射端。光波導(dǎo)路層疊體的光的出射端與將受光區(qū)域二維配置而成的二維的受光元件光耦合。(2)在本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(受光側(cè))中，在光的出射端，多個(gè)光波導(dǎo)路緊密接觸地層疊。另外，在光的入射端，多個(gè)光波導(dǎo)路相互隔開間隔。(3)本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(發(fā)光側(cè))具有光波導(dǎo)路層疊體。光波導(dǎo)路層疊體是將多個(gè)光波導(dǎo)路的至少一部分層疊而成的。光波導(dǎo)路層疊體具有光的入射端與出射端。光波導(dǎo)路層疊體的光的入射端與將發(fā)光區(qū)域二維配置而成的二維的發(fā)光元件光耦合。(4)在本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(發(fā)光側(cè))中，在光的入射端，多個(gè)光波導(dǎo)路緊密接觸地層疊。另外，在光的出射端，多個(gè)光波導(dǎo)路相互隔開間隔。(5)本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板作為受光側(cè)的光波導(dǎo)路裝置具有上述(1)或O)的光波導(dǎo)路裝置。另外，本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板作為發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路裝置具有上述(3) 或(4)的光波導(dǎo)路裝置。本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域具有從發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路裝置出射并入射到受光側(cè)光波導(dǎo)路裝置的多個(gè)光線層。多個(gè)光線層與坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的表面平行，相互隔開間隔。(1)本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板也光學(xué)檢測物體的高度方向的坐標(biāo)，因此不需要按壓坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域，產(chǎn)生故障的可能性較少。(2)本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板不需要特別的輸入部件(電子筆等)，像普通的觸摸面板那樣能夠用手指輸入。(3)本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板適合于不特定的許多人所利用的輸入裝置、例如 ATM或自動(dòng)售票機(jī)。(4)以往的ATM或自動(dòng)售票機(jī)只能輸入二維坐標(biāo)，但是采用了本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板的ATM或自動(dòng)售票機(jī)能夠輸入三維坐標(biāo)。


圖1是本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板的俯視圖。圖2的(a)是本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板的A-A剖視圖，圖2的(b)是本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板的B-B剖視圖，圖2的(c)是本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板的C-C剖視圖。圖3是本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(發(fā)光側(cè))的立體圖。圖4是本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(受光側(cè))的立體圖。圖5的(a)是本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(發(fā)光側(cè))的俯視圖，圖5的(b)是本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(發(fā)光側(cè))的A-A剖視圖，圖5的(c)是本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(發(fā)光側(cè)) 的B-B剖視圖。圖6的(a)是本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(受光側(cè))的俯視圖，圖6的(b)是本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(受光側(cè))的A-A剖視圖，圖6的(c)是本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置(受光側(cè)) 的B-B剖視圖。圖7的(a)是說明在本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板中檢測物體的三維坐標(biāo)(χ、y、ζ坐標(biāo))的方法的說明圖，圖7的(b)是說明在本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板中檢測物體的三維坐標(biāo)(x、y、z坐標(biāo))的方法的說明圖，圖7的(c)是說明在本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板中檢測物體的三維坐標(biāo)(x、y、z坐標(biāo))的方法的說明圖。圖8的(a)是以往的光學(xué)式觸摸面板的俯視圖，圖8的(b)是以往的光學(xué)式觸摸面板的A-A剖視圖，圖8的(c)是以往的光學(xué)式觸摸面板的B-B剖視圖，圖8的(d)是以往的光學(xué)式觸摸面板的C-C剖視圖。圖9是以往的光學(xué)式觸摸面板中所使用的發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路裝置的立體圖。圖10是以往的光學(xué)式觸摸面板中所使用的受光側(cè)光波導(dǎo)路裝置的立體圖。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10的一個(gè)例子的俯視圖。如圖1所示，從發(fā)光元件11射出的光，經(jīng)由發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12出射到坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13。通過了坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13的光線14入射到受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15，經(jīng)由受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15進(jìn)入受光元件16。本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10具有本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置17 (發(fā)光側(cè))和本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置18(受光側(cè))。在本說明書中，將耦合了發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12與發(fā)光元件11而成的裝置稱作發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路裝置17。另外，將耦合了受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體 15與受光元件16而成的裝置稱作受光側(cè)的光波導(dǎo)路裝置18。如圖2的(b)所示，在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13的下部具有圖像顯示裝置19。圖2是本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10中所使用的、發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路裝置17及受光側(cè)的光波導(dǎo)路裝置18的剖視圖。如圖2的(a)、(b)所示，在受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15 的光波導(dǎo)路15a中，芯2 埋設(shè)于包層23a。另外，在光波導(dǎo)路15b中，芯22b埋設(shè)于包層 23b。另外，在光波導(dǎo)路15c中，芯22c埋設(shè)于包層23c。光在芯22a、22b、22c與包層23a、 23b,23c的交界面上全反射，同時(shí)在芯22a、22b、22c中行進(jìn)。芯22a、22b、22c的折射率高于包層23a、23b、23c的折射率。如圖2的(b)、(c)所示，在發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12的光波導(dǎo)路12a中，芯20a 埋設(shè)于包層21a。在光波導(dǎo)路12b中，芯20b埋設(shè)于包層21b。在光波導(dǎo)路12c中，芯20c 埋設(shè)于包層21c。光在芯20a、20b、20c與包層21a、21b、21c的交界面上全反射，同時(shí)在芯 20a、20b、20c中行進(jìn)。芯20a、20b、20c的折射率高于包層21a、21b、21c的折射率。在圖2中，發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路lh、12b、12c及受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、15b、15c分別為3層，但這是一個(gè)例子。在本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10中，發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、12b、 12c只要為兩層以上即可，最大層數(shù)不受限制。另外，受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、15b、15c只要為兩層以上即可，最大層數(shù)不受限制。當(dāng)用于本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10中時(shí)，如圖2所示，發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12的光波導(dǎo)路12a、12b、12c的層數(shù)與受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15 的光波導(dǎo)路15a、15b、15c的層數(shù)相等。當(dāng)發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、12b、12c及受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、15b、15c的層數(shù)較少時(shí)，發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12及受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15的制造就容易。但是，光線 14a、14b、14C&Z方向(與圖像顯示裝置19的表面垂直的方向)的層數(shù)減少。通常，光線 14a、14b、14c的ζ方向的層數(shù)與發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、12b、12c的層數(shù)及受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、15b、15c的層數(shù)相等。當(dāng)發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、12b、12c及受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、 15bU5c的層數(shù)較多時(shí)，發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12及受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15的制造就變困難。但是，能夠增多光線14a、14b、14c的ζ方向的層數(shù)。如圖2的(a)所示，受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、15b、15c的芯22a、22b、22c的一端與受光元件16光耦合。如圖2的(a)所示，在受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15中，在與受光元件16 耦合的部分，光波導(dǎo)路15a、光波導(dǎo)路15b、光波導(dǎo)路15c緊密接觸地層疊。在與受光元件16 離開的地方，光波導(dǎo)路15a、光波導(dǎo)路15b、光波導(dǎo)路15c不緊密接觸，在各層之間存在有間隙24。間隙M是為了將圖2的(b)所示的ζ方向的光線間距離pz (ζ方向間距)調(diào)整為適當(dāng)?shù)拇笮《O(shè)置的。當(dāng)ζ方向的期望的光線間距離pz較小時(shí)，也可以沒有間隙對(duì)。在該情況下，光波導(dǎo)路15a、光波導(dǎo)路15b、光波導(dǎo)路15c整個(gè)表面緊密接觸地層疊。如圖2的(c)所示，發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、12b、12c的芯20a、20b、20c的一端與發(fā)光元件11光耦合。如圖2的(C)所示，在發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12中，在與發(fā)光元件11 耦合的部分，光波導(dǎo)路12a、光波導(dǎo)路12b、光波導(dǎo)路12c緊密接觸地層疊。在與發(fā)光元件11 離開的地方，光波導(dǎo)路12a、光波導(dǎo)路12b、光波導(dǎo)路12c不緊密接觸，在各層之間存在有間隙25。間隙25是為了將圖2的(b)所示的ζ方向的光線間距離pz (ζ方向間距)調(diào)整為適當(dāng)?shù)拇笮《O(shè)置的。當(dāng)ζ方向的期望的光線間距離pz較小時(shí)，也可以沒有間隙25。在該情況下，光波導(dǎo)路12a、光波導(dǎo)路12b、光波導(dǎo)路12c整個(gè)表面緊密接觸地層疊。如圖2的(b)所示，從發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a的芯20a出射的光線14a，橫穿坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13，入射到受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a的芯22a。從發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12b的芯20b 出射的光線14b，橫穿坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13，入射到受光側(cè)的光波導(dǎo)路15b的芯22b。從發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12c的芯20c出射的光線14c，橫穿坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13，入射到受光側(cè)的光波導(dǎo)路 15c 的芯 22c。在本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10中，第1層的發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路1 與第1層的受光側(cè)的光波導(dǎo)路1 相對(duì)應(yīng)。第2層的發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12b與第2層的受光側(cè)的光波導(dǎo)路1 相對(duì)應(yīng)。第3層的發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12c與第3層的受光側(cè)的光波導(dǎo)路15c相對(duì)應(yīng)。 該對(duì)應(yīng)關(guān)系在光波導(dǎo)路的層數(shù)為4層以上時(shí)也是一樣的。通常，光線14a、14b、14c與坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13的表面平行。各個(gè)光波導(dǎo)路的ζ方向的間隔(ζ方向間距；與ζ方向的光線間距離pz對(duì)應(yīng))可以是等間隔，也可以不是等間隔。圖3是本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置17(發(fā)光側(cè))的立體圖。從二維配置在發(fā)光區(qū)域沈的二維的發(fā)光元件11射出的光27，入射到發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、12b、12c的芯20a、20b、 20c。通過了芯20a、20b、20c的光從芯20a、20b、20c的端(出射口)入射到坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域 13，成為光線 14a、14b、14c。雖未圖示，但是二維的發(fā)光元件11并不限于獨(dú)立配置發(fā)光區(qū)域沈而成的情況，也可以是光波導(dǎo)路12a、12b、12c側(cè)的表面整體發(fā)光。當(dāng)用于光學(xué)式觸摸面板時(shí)，二維的發(fā)光元件11不管是獨(dú)立配置發(fā)光區(qū)域26而成的情況還是表面整體發(fā)光的情況，在檢測遮擋光線的物體的坐標(biāo)的檢測能力方面是沒有差別的。在圖3中，為了說明，相離開地繪制了發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12與發(fā)光元件11，但是實(shí)際上發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12與發(fā)光元件11緊密接觸、光耦合在一起。在圖3的光波導(dǎo)路裝置17中，光波導(dǎo)路12a、12b、12c有3層。因而，芯20a、20b、 20c的光的出射口呈三維(χ方向、y方向、ζ方向)排列。出射到坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13的光線 14a、14b、Hc沿高度方向(ζ方向)分為3層。由3層構(gòu)成的光波導(dǎo)路12a、12b、12c在與發(fā)光元件11光耦合的部分緊密接觸，沒有ζ方向的間隙。這在減小發(fā)光元件11的尺寸方面是有利的。當(dāng)減小發(fā)光元件11的尺寸時(shí)，能夠降低發(fā)光元件11的成本。在向坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13出射光線14a、14b、14c的部分，在光波導(dǎo)路12a、12b、12c的層間存在有間隙25。間隙25是為了將ζ方向的光線間距離ρ 2 (ζ方向間距)調(diào)整為適當(dāng)?shù)拇笮《O(shè)置的。當(dāng)ζ方向的期望的光線間距離Ρ2較小時(shí)，也可以沒有層間的間隙25。當(dāng)使每一層之間的ζ方向的光線間距離P 2不同時(shí)，使每一層之間的間隙25的大小(ζ方向間距)不同。圖4是本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置18(受光側(cè))的立體圖。通過了坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13的光線1 入射到受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a的芯22a的入射口。光線14b入射到受光側(cè)的光波導(dǎo)路15b的芯22b的入射口。光線Hc入射到受光側(cè)的光波導(dǎo)路15c的芯22c的入射口。 通過了芯22a、22b、22c的光從芯22a、22b、22c的端(出射口)出射，入射到二維配置有受光區(qū)域28的二維的受光元件16。作為二維的受光元件16，適用CXD面圖像傳感器或CMOS面性圖像傳感器。在圖4 中，為了說明，相離開地繪制了受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15與受光元件16，但是實(shí)際上受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15與受光元件16緊密接觸、光耦合在一起。在圖4中，芯22a、22b、22c的光出射口與受光元件16的受光區(qū)域28——對(duì)應(yīng)地繪制。但是，芯22a、22b、22c的光出射口與受光元件16的受光區(qū)域28也可以不一一對(duì)應(yīng)。 當(dāng)受光元件16的受光區(qū)域28的排列間距比芯22a、22b、22c的光出射口的排列間距小時(shí)， 芯22a、22b、22c的光出射口與受光元件16的受光區(qū)域觀局部對(duì)應(yīng)。在該情況下，芯22a、 22b,22c的光出射口與受光元件16的受光區(qū)域觀的光軸對(duì)齊比芯22a、22b、22c的光出射口與受光元件16的受光區(qū)域28 一一對(duì)應(yīng)時(shí)的光軸對(duì)齊容易。在圖4的光波導(dǎo)路裝置18中，光波導(dǎo)路15a、15b、15c有3層。與其相應(yīng)地，從坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13入射的光線14a、14b、14c沿高度方向(ζ方向)分為3層。光波導(dǎo)路15a、 15bU5c的3個(gè)層，在與受光元件16光耦合的部分緊密接觸，在ζ方向上沒有間隙。這在減小受光元件16的尺寸方面是有利的。當(dāng)減小受光元件16的尺寸時(shí)，能夠降低受光元件16 的成本。在光線14a、14b、14c從坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13入射的部分，3層的光波導(dǎo)路15a、15b、 15c在層間存在有間隙M。間隙M是為了將ζ方向的光線間距離p4調(diào)整為適當(dāng)?shù)拇笮《O(shè)置的。當(dāng)ζ方向的期望的光線間距離P4較小時(shí)，也可以沒有層間的間隙M。當(dāng)使每一層之間的ζ方向的光線間距離P4不同時(shí)，使每一層之間的間隙對(duì)的大小(ζ方向間距)不同。
當(dāng)在本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10中使用圖3的發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12時(shí)， 在與二維的發(fā)光元件11光耦合的部分，芯20a、20b、20c的ζ方向的間距ρ 1為50 μ m 300 μ m是合適的。在光線14a、14b、14c向坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13出射的部分，芯20a、20b、20c的出射口的ζ方向的間距p2(與光線14a、14b、14c的ζ方向的間距相等)為0. 5mm 5mm是合適的。當(dāng)在本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10中使用圖4的受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15時(shí)， 在與二維的受光元件16光耦合的部分，芯22a、22b、22c的ζ方向的間距ρ 3為50 μ m 300 μ m是合適的。在光線143、1仙、1如從坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13入射的部分，芯223、2213、220的入射口的ζ方向的間距p4(與光線14a、14b、14c的ζ方向的間距相等)為0. 5mm 5mm是合適的。在本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10中，圖3所示的發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、12b、12c的芯20a、20b、20c的出射口的ζ方向的間距ρ2與圖4所示的受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、15b、15c 的芯22a、22b、22c的入射口的ζ方向的間距ρ4通常是相等的。圖5是說明用于本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置17 (發(fā)光側(cè))中的發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體 12的、光波導(dǎo)路12a的芯20a及包層21a的形狀的說明圖。如圖5的(a)所示，芯20a的光的出射部20p制作成半圓形的透鏡形狀。半圓形透鏡部分的厚度是與芯20a的其他部分相同的厚度，因此半圓形透鏡是平坦的。因而，該半圓形透鏡沒有厚度方向的透鏡功能。通過半圓形透鏡的作用，出射光線Ha不會(huì)橫向(X方向或y方向)擴(kuò)展。如圖5的(b)、(c)所示，芯20a形成在下包層21p上，埋設(shè)于上包層21q。在本說明書中，合并下包層21p與上包層21q簡稱作包層21a。上包層21q的光出射面21r成為沿中心軸4等分圓筒中的1份、即1/4圓筒形狀的透鏡。通過1/4圓筒透鏡的作用，從芯20a 出射的光不會(huì)沿高度方向(ζ方向)擴(kuò)展。芯20a的出射部20p為半圓形透鏡形狀，從而光線1 不會(huì)橫向擴(kuò)展。另外，上包層21q的光出射面21r為1/4圓筒透鏡，從而光線14a不會(huì)縱向擴(kuò)展。通過該組合，在本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置17 (發(fā)光側(cè))中，能夠獲得細(xì)的平行光線14a。關(guān)于光波導(dǎo)路1 的以上說明，對(duì)于光波導(dǎo)路12b、光波導(dǎo)路12c也是一樣的。因此，本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置17(發(fā)光側(cè))適合用于光學(xué)式觸摸面板10。圖6是表示用于本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置18 (受光側(cè))中的受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體 15的、光波導(dǎo)路15a的芯2 及包層23a的形狀的說明圖。如圖6的(a)所示，芯22a的光的入射部22p制作成半圓形的透鏡形狀。半圓形透鏡部分的厚度是與芯22a的其他部分相同的厚度，因此半圓形透鏡是平坦的。通過半圓形透鏡的作用，入射到芯22a的光線1 在xy平面上向芯22a的中心會(huì)聚。如圖6的(b)、(c)所示，芯2 形成在下包層23p上，埋設(shè)于上包層23q。在本說明書中，將下包層23p與上包層23q統(tǒng)稱作包層23a。上包層23q的光入射面23r成為沿中心軸4等分圓筒中的1份、即1/4圓筒形狀的透鏡。通過1/4圓筒透鏡的作用，入射的光線 14a沿ζ方向向芯2 的中心會(huì)聚。芯22a的入射部22p為半圓形透鏡形狀，從而光線Ha在橫向上向芯22a的中心會(huì)聚。另外，上包層23q的光入射面23r為1/4圓筒透鏡，從而入射光線1 在高度方向上
9向芯22a的中心會(huì)聚。通過該組合，在本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置18(受光側(cè))中，光線14a向芯22a的中心會(huì)聚。由此，入射光線1 的利用效率提高。關(guān)于光波導(dǎo)路15a的以上說明， 對(duì)于光波導(dǎo)路15b、光波導(dǎo)路15c也是一樣的。因此，本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置18(受光側(cè)) 適合用于光學(xué)式觸摸面板10。圖7是說明在本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10中檢測物體30的三維坐標(biāo)、S卩(χ、y、 ζ)坐標(biāo)的方法的說明圖。如圖7的(a)所示，當(dāng)物體30遮擋第1層的光線14a時(shí)，與物體 30的(χ、y)坐標(biāo)一起檢測出物體30的ζ坐標(biāo)為ζ 1。如圖7的(b)所示，當(dāng)物體30遮擋第1層的光線Ha和第2層的光線14b時(shí)，與物體30的(x、y)坐標(biāo)一起檢測出物體30的 ζ坐標(biāo)為z2。如圖7的(c)所示，當(dāng)物體30遮擋第1層的光線14a、第2層的光線14b和第 3層的光線Hc時(shí)，與物體30的(χ、y)坐標(biāo)一起檢測出物體30的ζ坐標(biāo)為ζ3。在上述任意一個(gè)階段中，物體30的(x、y)坐標(biāo)的檢測方法與以往的光學(xué)式觸摸面板都是一樣的。如圖7所示，當(dāng)發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、12b、12c及受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、15b、15c 分別為3層時(shí)，物體30的ζ坐標(biāo)在zl、z2、z3的3個(gè)階段被檢測出來。雖未圖示，但是當(dāng)發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、12b、12c及受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、15b、 15c分別為兩層時(shí)，物體30的ζ坐標(biāo)在zl、z2的2個(gè)階段被檢測出來。同樣地，當(dāng)發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、12b、12c及受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、15b、15c分別為η層(η為4以上的整數(shù))
時(shí)，物體30的ζ坐標(biāo)在zl、z2.....zn的η個(gè)階段被檢測出來。發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路12a、
12b、12c的層數(shù)與受光側(cè)的光波導(dǎo)路15a、15b、15c的層數(shù)根據(jù)ζ方向的檢測所需要的段數(shù)來設(shè)定。實(shí)施例[下包層及上包層的材料]混合包含脂環(huán)骨架的環(huán)氧樹脂(成分A ；ADEKA公司制造、ΕΡ4080Ε) 100重量份和光酸產(chǎn)生劑(成分B ；SAN-APRO公司制造、CPI-200K) 2重量份，制備下包層及上包層的材料。[芯的材料
使包含芴骨架的環(huán)氧類樹脂(成分C;大阪(ias Chemicals公司制造、OGSOL EG) 40 重量份、包含芴骨架的環(huán)氧類樹脂(成分D ；Nagase ChemteX公司制造、EX-1040) 30重量份、 1，3，3_三{4-〔2-(3_氧雜環(huán)丁烷)〕丁氧基苯基} 丁烷(成分E) 30重量份、光酸產(chǎn)生劑 (成分B ；SAN-APRO公司制造、CPI-200K) 1重量份溶解于乳酸乙基40. 8重量份，制備芯的材料。1，3，3_三{4-〔2-(3-氧雜環(huán)丁烷)〕丁氧基苯基} 丁烷按照日本特開2007-070320 的實(shí)施例2來合成。[光波導(dǎo)路的制作]在PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)膜(300mmX300mmX0. 188_)的表面上，利用涂抹器涂布下包層的材料之后，對(duì)整個(gè)表面進(jìn)行l(wèi)，000mj/cm2的紫外線曝光。接著，進(jìn)行 80°C、5分鐘的加熱處理，形成下包層。當(dāng)用接觸式膜厚測量計(jì)測量下包層的厚度時(shí)，厚度為 20 μ m。另外，下包層在波長830nm下的折射率為1. 510。在下包層的表面上，利用涂抹器對(duì)整個(gè)表面涂布之后，進(jìn)行100°C、5分鐘的干燥處理。接著，在芯的材料的膜上覆蓋具有規(guī)定的圖案的合成石英類的鉻掩模(光掩模)，
10用接近式曝光(間隙100 μ m)進(jìn)行2，500mJ/cm2的紫外線曝光。紫外線通過了 i線帶通濾波器。進(jìn)一步進(jìn)行100°C、10分鐘的加熱處理。接著，使用Y (伽瑪)_ 丁內(nèi)酯水溶液來進(jìn)行顯影，溶解去除芯的材料的膜的未曝光部分，獲得芯的圖案。進(jìn)一步進(jìn)行120°C、5分鐘的加熱處理，制作出芯。當(dāng)用顯微鏡測量芯的截面尺寸時(shí)，寬度為30 μ m,高度為30 μ m。芯在波長830nm 下的折射率為1.592。利用涂抹器在芯及下包層上涂布上包層的材料。接著，將在內(nèi)表面具有1/4圓筒透鏡的凹模的石英制模具按壓在上包層的材料上，將1/4圓筒透鏡轉(zhuǎn)印在上包層的材料上。對(duì)上包層的材料的整個(gè)表面進(jìn)行2，000mJ/cm2的紫外線曝光。接著進(jìn)行80°C、5分鐘的加熱處理，使上包層的材料固化。在上包層的材料固化之后，使石英制塑封模具脫模。上包層在波長830nm下的折射率為1. 510。[發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路裝置的制作]使用所制作的3個(gè)光波導(dǎo)路12a、12b、12c，制作圖3所示的3層的發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12。芯20a、20b、20c的與發(fā)光元件11耦合的部分的ζ方向的間距pi為105 μ m。 另外，芯20a、20b、20c的光線14a、14b、14c出射的部分的ζ方向的間距ρ2為1. Imm0發(fā)光元件11與發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12使用紫外線固化型粘接劑光耦合。發(fā)光元件11的發(fā)光波長為880nm。[受光側(cè)光波導(dǎo)路裝置的制作]使用所制作的3個(gè)光波導(dǎo)路15a、15b、15c，制作圖4所示的3層的受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15。芯20a、20b、20c的與受光元件16耦合的部分的ζ方向的間距ρ 3為105 μ m。 另外，芯22a、22b、22c的光線Ha、14b、14c入射的部分的ζ方向的間距p4為1. Imm0作為受光元件16，使用像素?cái)?shù)為IOM像素X 1024像素、像素間距為縱向12 μ m、 橫向12 μ m的C⑶面圖像傳感器(浜松Photonics公司制造)。受光元件16與受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15使用紫外線固化型粘接劑光耦合。[光學(xué)式觸摸面板的制作]使上述發(fā)光側(cè)的光波導(dǎo)路裝置17與受光側(cè)的光波導(dǎo)路裝置18如圖1所示相對(duì)， 制作光學(xué)式觸摸面板10。調(diào)整為來自發(fā)光元件11的光通過發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體12、坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13、受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體15，準(zhǔn)確地入射到受光元件16。通過了該光學(xué)式觸摸面板10的坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13的光線Ha、14b、Hc如圖2的(b)所示，沿ζ方向分為3層。 如圖7所示，3個(gè)階段的ζ坐標(biāo)從遠(yuǎn)離坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域13的表面的方向依次為zl、ζ2、ζ3。如圖7所示，當(dāng)物體30遮擋第1層的光線14a時(shí)，與物體30的(x、y)坐標(biāo)一起檢測出物體30的ζ坐標(biāo)為zl。接著，當(dāng)物體30遮擋第1層的光線1 和第2層的光線14b 時(shí)，與物體30的(χ、y)坐標(biāo)一起檢測出物體30的ζ坐標(biāo)為z2。接著，當(dāng)物體30遮擋第1 層的光線14a、第2層的光線14b和第3層的光線14c時(shí)，與物體30的(x、y)坐標(biāo)一起檢測出物體30的ζ坐標(biāo)為z3。由此，確實(shí)證明，在本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板10中能夠光學(xué)檢測物體30的三維坐標(biāo)(xyz坐標(biāo))。[測量方法][折射率]利用旋轉(zhuǎn)涂布分別在硅晶圓上形成下包層及上包層的材料膜，制作折射率測量用
11膜。使用棱鏡耦合測試儀(Syron( ^-i a y )公司制造、SPA-400)測量這些折射率測量用膜的折射率。[芯的寬度、高度]使用切割式切割機(jī)(DISCO公司制造、DAD522)截面切割所制作的光波導(dǎo)路。使用激光顯微鏡(KEYENCE公司制造)觀察測量切割面，求出芯的寬度、高度。工業(yè)實(shí)用件本發(fā)明的光波導(dǎo)路適合用于光學(xué)式觸摸面板。本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板適合于不特定的許多人所使用的輸入裝置、例如ATM或自動(dòng)售票機(jī)。以往的ATM或自動(dòng)售票機(jī)只能輸入二維坐標(biāo)，但是采用了本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板的ATM或自動(dòng)售票機(jī)能夠輸入三維坐標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)路裝置，其特征在于，該光波導(dǎo)路裝置將具有光的入射端與光的出射端的光波導(dǎo)路層疊體的上述光的出射端與將受光區(qū)域二維配置而成的二維的受光元件光耦合，該光波導(dǎo)路層疊體是將多個(gè)光波導(dǎo)路的至少一部分層疊而成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)路裝置，其特征在于，在上述光的出射端，上述多個(gè)光波導(dǎo)路緊密接觸地層疊，在上述光的入射端，上述多個(gè)光波導(dǎo)路相互隔開間隔。
3.一種光波導(dǎo)路裝置，其特征在于，該光波導(dǎo)路裝置將具有光的入射端與光的出射端的光波導(dǎo)路層疊體的上述光的入射端與將發(fā)光區(qū)域二維配置而成的二維的發(fā)光元件光耦合，該光波導(dǎo)路層疊體是將多個(gè)光波導(dǎo)路的至少一部分層疊而成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光波導(dǎo)路裝置，其特征在于，在上述光的入射端，上述多個(gè)光波導(dǎo)路緊密接觸而層疊，在上述光的出射端，上述多個(gè)光波導(dǎo)路相互隔開間隔。
5.一種光學(xué)式觸摸面板，其特征在于，該光學(xué)式觸摸面板作為受光側(cè)光波導(dǎo)路裝置具有權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)路裝置，作為發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路裝置具有權(quán)利要求3所述的光波導(dǎo)路裝置，在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域具有從上述發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路裝置出射并入射到上述受光側(cè)光波導(dǎo)路裝置的多個(gè)光線層，上述多個(gè)光線層與上述坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域的表面平行，上述多個(gè)光線層相互隔開間隔地設(shè)
全文摘要
本發(fā)明提供光波導(dǎo)路裝置及光學(xué)式觸摸面板。在以往的三維觸摸面板中，不能夠光學(xué)檢測物體的高度方向的坐標(biāo)(z坐標(biāo))。為了檢測z坐標(biāo)，使用電子筆，或者采用觸摸的按壓強(qiáng)度，但是對(duì)不特定的許多人來說不容易使用。本發(fā)明的光學(xué)式觸摸面板(10)，在發(fā)光側(cè)具有將層疊有多個(gè)光波導(dǎo)路(12a、12b、12c)的發(fā)光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體(12)的光的入射端與二維的發(fā)光元件(11)光耦合而成的光波導(dǎo)路裝置(17)。在受光側(cè)具有將層疊有多個(gè)光波導(dǎo)路(15a、15b、15c)的受光側(cè)光波導(dǎo)路層疊體(15)的光的出射端與二維的受光元件(16)光耦合而成的光波導(dǎo)路裝置(18)。
文檔編號(hào)G02B6/122GK102401936SQ20111023781
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者十二紀(jì)行 申請(qǐng)人:日東電工株式會(huì)社