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位置传感器

阅读:209发布:2020-05-11

IPRDB可以提供位置传感器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本发明的位置传感器(A)具有:片状的光波导路(W),其是在片状的下包层(1)的表面将多个线状的芯部(2)配置形成为格子状、并以覆盖这些芯部(2)的状态且以片状形成上包层(3)而成的;发光元件(4),其与芯部(2)的一个端面相连接;以及受光元件(5),其与芯部(2)的另一个端面相连接,芯部(2)的弹性模量设定为比下包层(1)的弹性模量和上包层(3)的弹性模量大,在按压了片状的光波导路(W)的表面时,其芯部(2)的按压方向上的截面变形率比上包层(3)的按压方向上的截面的变形率和下包层(1)的按压方向上的截面的变形率小。,下面是位置传感器专利的具体信息内容。

1.一种位置传感器,其为片状的位置传感器,其具有:片状的光波导路,其是在片状的下包层的表面将多个线状的芯部配置形成为格子状、并且以覆盖这些芯部的状态且以片状形成上包层而成的;

发光元件,其与所述芯部的一个端面相连接;以及受光元件,其与所述芯部的另一个端面相连接,该位置传感器根据由对其自身表面的任意部位的按压引起的芯部的光传播量的变化来确定按压部位,该位置传感器的特征在于,

所述芯部的弹性模量设定为比所述下包层的弹性模量和所述上包层的弹性模量大,在按压所述片状的光波导路的表面的状态下,其芯部的按压方向上的截面的变形率比上包层的按压方向上的截面的变形率和下包层的按压方向上的截面的变形率小;

所述芯部的弹性模量为2GPa~5GPa,所述下包层的弹性模量为1MPa~100MPa,所述上包层的弹性模量为1MPa以上且低于5GPa。

2.根据权利要求1所述的位置传感器,其中,所述下包层的弹性模量与所述上包层的弹性模量不同。

3.根据权利要求1所述的位置传感器,其中,所述上包层的弹性模量比所述下包层的弹性模量大。

说明书全文

位置传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光学检测按压位置的位置传感器。

背景技术

[0002] 以往,提出一种光学检测按压位置的位置传感器(例如,参照专利文献1)。该技术方案为,将用于形成光路的多个芯部沿着纵横方向配置、将这些芯部的周缘部用包层覆盖而形成为片状,使来自发光元件的光向上述各芯部的一端面入射,并在各芯部的另一端面利用受光元件接受从各芯部内穿过来的光。而且,当用手指等按压该片状的位置传感器的表面的一部分时,该按压部分的芯部被压扁(芯部的按压方向上的截面积变小),对于该按压部分的芯部而言,由于上述受光元件的光的受光等级降低,因此能够检测出上述按压位置。
[0003] 另一方面,作为用于输入文字等的输入装置,提出一种具有压敏式触摸屏和显示器的输入装置(例如,参照专利文献2)。对于该输入装置而言,当用笔在上述压敏式触摸屏上输入文字等时,上述压敏式触摸屏检测到该笔尖的按压位置并输出到上述显示器,从而在该显示器上显示上述所输入的文字等。
[0004] 专利文献1:(日本)特开平8-234895号公报
[0005] 专利文献2:(日本)特开2006-172230号公报

发明内容

[0006] 发明要解决的问题
[0007] 通常,在用笔等书写工具在纸上书写文字等的情况下,握持该书写工具的手的小拇指、小拇指根部(小鱼际区)等也与该纸的表面接触。
[0008] 因此,当用笔等书写工具在上述专利文献1的片状的位置传感器的表面输入文字等时,不仅是笔尖,握持该书写工具的手的小拇指、小拇指根部等也按压上述片状的位置传感器,因此,不仅会检测到所输入的文字等,还会检测到不需要的上述小拇指、小拇指根部等的位置。
[0009] 将文字等输入到上述专利文献2的输入装置的情况也一样,上述压敏式触摸屏不仅会检测到笔尖的按压位置,还会感知到握持该书写工具的手的小拇指、小拇指根部等的按压位置,因此,不仅所输入的文字等被显示在显示器上,不需要的上述小拇指、小拇指根部等的位置也会显示在显示器上。
[0010] 本发明鉴于这样的情况而做成,其目的在于提供一种在用笔等输入体输入文字等信息时检测不到握持该输入体的手的小拇指、小拇指根部等不需要部分的按压位置的位置传感器。
[0011] 用于解决问题的方案
[0012] 为了实现上述目的,本发明的位置传感器是一种片状的位置传感器,其具有:片状的光波导路,其是在片状的下包层的表面将多个线状的芯部配置形成为格子状、并且以覆盖这些芯部的状态且以片状形成上包层而成的;发光元件,其与上述芯部的一个端面相连接;以及受光元件,其与上述芯部的另一个端面相连接,位置传感器采取如下结构:其根据由对其自身表面的任意部位的按压引起的芯部的光传播量的变化来确定按压部位,上述芯部的弹性模量设定为比上述下包层的弹性模量和上述上包层的弹性模量大,在按压上述片状的光波导路的表面的状态下,其芯部的按压方向上的截面的变形率比上包层的按压方向上的截面的变形率和下包层的按压方向上的截面的变形率小。
[0013] 另外,在本发明中,“变形率”指的是,在按压方向上,按压芯部、上包层以及下包层时各自的厚度的变化量相对于按压前各自的厚度的比值。
[0014] 本发明的发明人们为了在用笔等输入体向具有以格子状配置形成有多个线状的芯部的片状的光波导路的位置传感器的表面输入文字等信息时不检测到握持该输入体的手的部分的按压位置,反复研究了上述芯部的光传播。在该研究过程中,本发明的发明人们设想了不像以往那样以笔尖的压力、握笔的手的压力来将芯部压扁(截面积变小),而是反过来使芯部在受到上述压力时不被压扁(保持截面积)。因此,将芯部的弹性模量设定为比下包层的弹性模量和上包层的弹性模量大。这样的话,笔尖按压部分和手按压部分都使上包层和下包层以在按压方向上被压扁的方式变形,而使芯部以保持截面积的状态而沿着笔尖、手的部分陷入下包层的方式弯曲。而且,芯部的弯曲状态是在笔尖按压部分为急剧弯曲、在手按压部分为平缓弯曲。其结果,在笔尖按压部分的芯部,由于芯部的急剧弯曲,所以来自芯部的光发生泄漏(散射),而在手按压部分的芯部,芯部的弯曲平缓,所以不发生上述的光的泄漏(散射)。即、在笔尖按压部分的芯部,受光元件的光的受光等级(受光量)降低,在手按压部分的芯部,其受光等级未降低。本发明的发明人们发现了如下内容而获得了本发明:能够根据该光的受光等级的降低来检测笔尖的位置,而对于其受光等级未降低的手按压部分,其状态与未被按压的状态相同而不会被检测。
[0015] 发明的效果
[0016] 本发明的位置传感器将芯部的弹性模量设定为比下包层的弹性模量和上包层的弹性模量大。因此,在对光波导路的上包层的表面进行了按压时,该光波导路的芯部的按压方向上的截面变形率比上包层的按压方向上的截面变形率和下包层的按压方向上的截面变形率小,芯部的按压方向上的截面积被保持。而且,在用笔等输入体向上述位置传感器的表面输入文字等信息时,在笔尖等顶端输入部的按压部分,芯部的弯曲状态是沿着输入体的顶端输入部的急剧弯曲,从而来自芯部的光发生泄漏(散射),在握持输入体的手的部分的按压部分,芯部的弯曲状态是沿着手的平缓弯曲,能够不发生上述的光的泄漏(散射)。因此,在被笔尖等顶端输入部按压的芯部,受光元件的光的受光等级降低,在被握持输入体的手按压的芯部,能够使其受光等级不降低。而且,能够根据其光的受光等级的降低来检测出笔尖等顶端输入部的位置,而对于其受光等级未降低的手按压部分,其状态与未被按压的状态相同,因此能够不被检测。

附图说明

[0017] 图1示意性地表示本发明的位置传感器的一个实施方式,(a)是其俯视图,(b)是其放大剖视图。
[0018] 图2的(a)是示意性地表示上述位置传感器的被输入体按压了的状态的剖视图,(b)是示意性地表示上述位置传感器的被手按压了的状态的剖视图。

具体实施方式

[0019] 接着,基于附图详细说明本发明的实施方式。
[0020] 图1的(a)是表示本发明的位置传感器的一个实施方式的俯视图,图1的(b)是将其中央部的截面放大了的图。该实施方式的位置传感器A具有:四边形片状的光波导路W,其是由四边形片状的下包层1和四边形片状的上包层3对配置为格子状的线状的芯部2进行夹持而成的;发光元件4,其与上述配置为格子状的线状的芯部2的一个端面相连接;以及受光元件5,其与上述线状的芯部2的另一个端面相连接。而且,从上述发光元件4发出的光经过上述芯部2的内部而被上述受光元件5接收。另外,上述芯部2的弹性模量设定为比上述下包层1的弹性模量和上述上包层3的弹性模量大。由此,在按压了上述四边形片状的光波导路W的表面时,其芯部2的按压方向上的截面的变形率比上包层3的按压方向上的截面的变形率和下包层1的按压方向上的截面的变形率小。另外,在图1的(a)中,以虚线表示芯部2,且虚线的粗细表示芯部2的粗细。另外,在图1的(a)中,省略了芯部2的数量来进行图示。而且,图1的(a)的箭头表示光的行进方向。
[0021] 即、如图2的(a)、(b)的剖视图所示,在将上述位置传感器A放置在工作台等平面台30之上,用例如手20所握持的笔等输入体10向位置传感器A的表面的、与格子状的芯部2对应的区域书写文字等信息来进行输入时,对于笔尖等顶端输入部10a的按压部分〔参照图2的(a)〕和手20的小拇指、小拇指根部(小鱼际区)等的按压部分〔参照图2的(b)〕而言,弹性模量较小的上包层3和弹性模量较小的下包层1的按压方向上的截面以被压扁的方式变形,弹性模量较大的芯部2以保持着截面积的状态而沿着顶端输入部10a、手20的部分陷入下包层1的方式弯曲。
[0022] 而且,在顶端输入部10a的按压部分,如图2的(a)所示,因为其顶端输入部10a尖锐,所以芯部2的弯曲状态为急剧弯曲,从而来自芯部2的光发生泄漏(散射)〔参照图2的(a)双点划线的箭头〕。另一方面,在握持输入体10的手20的按压部分,如图2的(b)所示,该手20与上述顶端输入部10a相比,按压部分产生较大的弧形,所以芯部2的弯曲状态为平缓弯曲,从而不发生上述光的泄漏(散射)(光在芯部2内无泄漏地行进)〔参照图2的(b)的双点划线的箭头〕。因此,在被顶端输入部10a按压的芯部2,受光元件5的光的受光等级降低,在被握持输入体10的手20按压的芯部2,能够使其受光等级不降低。而且,能够根据上述的光的受光等级的降低来检测出顶端输入部10a的位置(坐标)。上述的受光等级未降低的手20按压部分的状态与未被按压的状态相同,因此不会被检测。
[0023] 另外,上述输入体10只要能够如上述那样按压位置传感器A的表面即可,不仅是用墨水等写在纸上的书写工具,也可以是不用墨水等写在纸上的简单的棒体。另外,当上述按压解除(顶端输入部10a移动或书写等输入结束)时,上述下包层1、芯部2以及上包层3在各自的恢复力的作用下恢复为原来的状态〔参照图1的(b)〕。而且,优选的是,上述芯部2的、向下包层1陷入的深度D最大可达2000μm。如果超过该最大深度,则上述下包层1、芯部2以及上包层3可能不会恢复为原来的状态,或者可能会在光波导路W上产生裂纹。
[0024] 在这里,对上述芯部2、下包层1以及上包层3各自的弹性模量等进行更详细的说明。
[0025] 上述芯部2的弹性模量优选的是在1GPa~10GPa的范围内,更加优选的是在2GPa~5GPa的范围内。当芯部2的弹性模量低于1GPa时,存在根据笔尖等顶端输入部10a的形状的不同、在该顶端输入部10a的压力作用下无法保持芯部2的截面(芯部2被压扁)的情况,从而有可能无法准确地检测出顶端输入部10a的位置。另一方面,当芯部2的弹性模量高于10GPa时,存在芯部2的由顶端输入部10a的压力引起的弯曲没有成为沿着该顶端输入部10a的急剧弯曲而是平缓弯曲的情况。因此,来自芯部2的光不会发生泄漏(散射),受光元件5的光的受光等级也不会降低,从而无法准确地检测到顶端输入部10a的位置。另外,芯部2的尺寸例如设定为厚度在5μm~100μm的范围内、宽度在5μm~500μm的范围内。
[0026] 上述上包层3的弹性模量优选的是在0.1MPa以上、低于10GPa的范围内,更加优选的是在1MPa以上、低于5GPa的范围内。如果上包层3的弹性模量低于0.1MPa,上包层3过软,根据笔尖等顶端输入部10a的形状的不同,存在上包层3在该顶端输入部10a的压力的作用下破损的情况,从而无法保护芯部2。另一方面,如果上包层3的弹性模量为10GPa以上,可能在顶端输入部10a、手20的压力的作用下芯部2被压扁而上包层3也没有压扁变形,从而无法准确检测出顶端输入部10a的位置。另外,上包层3的厚度例如设定在1μm~200μm的范围内。
[0027] 上述下包层1的弹性模量优选的是在0.1MPa~1GPa的范围内,更加优选的是在1MPa~100MPa的范围内。如果下包层1的弹性模量低于0.1MPa,下包层1过软,存在在被笔尖等顶端输入部10a按压后无法恢复为原来的状态、从而无法连续地进行上述按压的情况。另一方面,如果下包层1的弹性模量超过1GPa,可能在顶端输入部10a、手20的压力的作用下芯部2被压扁而下包层1也没有压扁变形,从而无法准确检测出顶端输入部10a的位置。另外,下包层1的厚度例如设定在20μm~2000μm的范围内。
[0028] 作为上述芯部2、下包层1以及上包层3的形成材料,能够举出感光性树脂,热固性树脂等,能够以与该形成材料对应的制造方法制作出光波导路W。另外,上述芯部2的折射率设定为比上述下包层1的折射率和上包层3的折射率大。而且,上述弹性模量的调整和折射率的调整例如能够通过选择各形成材料的种类、调整组成比例来进行。另外,也可以是,作为上述下包层1使用生胶片,并在该生胶片上以格子状形成芯部2。
[0029] 另外,也可以在上述下包层1的背面设置橡胶层等弹性层。在该情况下,即使下包层1、芯部2以及上包层3的恢复力变弱,或者这些部件原本就是由恢复力弱的材料形成,也能够利用上述弹性层的弹性力来增强上述较弱的恢复力,能够使这些部件在输入体10的顶端输入部10a的按压被解除后恢复为原来的状态。
[0030] 另外,如上所述,为了只检测出笔尖等顶端输入部10a的位置而不检测握持笔等输入体10的手20,芯部2的由顶端输入部10a按压的部分的急剧弯曲所引起的光的泄漏(散射)量很重要的。因此,例如,当以笔尖等顶端输入部10a的曲率半径R(单位:μm)和芯部2的厚度T(单位:μm)的比值A(=R/T)来规定芯部2与下包层1和芯部2与上包层3之间的折射率差时,上述折射率差的最大值Δmax如下面的式(1)那样。即、当折射率差比该最大值Δmax大时,即使用顶端输入部10a按压,因为光的泄漏(散射)量也较少而受光元件5的光的受光等级未充分下降,所以很难区别顶端输入部10a的位置和手20的位置。
[0031] [式1]
[0032] Δmax=8.0×10-2-A×(5.0×10)-4)...(1)
[0033] 另一方面,折射率差的最小值Δmin如下面的式(2)那样。即、当折射率差比该最小值Δmin小时,在手20按压的部分也会发生光的泄漏(散射),所以很难区别顶端输入部10a的位置和手20的位置。
[0034] [式2]
[0035] Δmin=1.1×10-2-A×(1.0×10-4)...(2)
[0036] 因此,上述折射率差优选的是设定在最小值Δmin和最大值Δmax之间。在这里,例如,在将上述顶端输入部10a的曲率半径R(单位:μm)设在100~1000的范围内、将芯部2的厚度T(单位:μm)设在10~100的范围内、将比值A设在1~100的范围内时,折射率差处于1.0×-3 -2 -310 ~7.95×10 的范围内。另外,在比值A超过100的情况下,最小值Δmin为1.0×10 (恒定)。
[0037] 而且,利用上述位置传感器A检测出的顶端输入部10a的位置以及将检测到的位置连续起来而成的顶端输入部10a的移动轨迹(文字、图等)例如作为电子数据存储在存储器等存储装置中,或者发送到显示器并在该显示器上显示出来。
[0038] 接下来,将实施例和比较例放在一起进行说明。但是,本发明并不限于实施例。
[0039] 实施例〔上包层的形成材料〕
[0040] 成分A:环氧树脂(“四日市合成社”制造、エポゴーセーPT)30重量份。
[0041] 成分B:环氧树脂(“ダイセル社”制造、EHPE3150)70重量份。
[0042] 成分C:光酸产生剂(“サンアプロ社”制造、CPI200K)4重量份。
[0043] 成分D:乳酸乙酯(“和光純薬社”制造)100重量份。
[0044] 将这些成分A~D进行混合而调制出上包层的形成材料。
[0045] 〔芯部的形成材料〕
[0046] 成分E:环氧树脂(“ダイセル社”制造、EHPE3150)80重量份。
[0047] 成分F:环氧树脂(“新日鉄住金化学社”制造、YDCN700-10)20重量份。
[0048] 成分G:光酸产生剂(ADEKA社制造、SP170)1重量份。
[0049] 成分H:乳酸乙酯(“和光純薬社”制造)50重量份。
[0050] 将这些成分E~H进行混合而调制出芯部的形成材料。
[0051] 〔下包层的形成材料〕
[0052] 成分I:环氧树脂(“四日市合成社”制造、エポゴーセーPT)75重量份。
[0053] 成分J:环氧树脂(“三菱化学社”制造、JER1007)25重量份。
[0054] 成分K:光酸产生剂(“サンアプロ社”制造、CPI200K)4重量份。
[0055] 成分L:乳酸乙酯(“和光純薬社制”造)50重量份。
[0056] 将这些成分I~L进行混合而调制出下包层的形成材料。
[0057] 〔光波导路的制作〕
[0058] 使用上述上包层的形成材料、利用旋涂法在玻璃制基材的表面形成了上包层。该上包层的厚度为5μm、弹性模量为1.2GPa、折射率为1.503。
[0059] 接着,使用上述芯部的形成材料、利用光刻法在上述上包层的表面形成了芯部。该芯部的厚度为30μm、格子状部分的芯部的宽度为100μm、间距为600μm、弹性模量为3GPa、折射率为1.523。
[0060] 然后,使用上述下包层的形成材料、利用旋涂法以覆盖上述芯部的方式在上述上包层的表面形成了下包层。该下包层的厚度(自上包层的表面起的厚度)为200μm、弹性模量为3MPa、折射率为1.503。
[0061] 而且,准备了在PET制基板(厚度为1mm)的一个面上粘贴了双面胶带(厚度为25μm)而成的部件。接着,将该双面胶带的另一个粘贴面粘贴在上述下包层的表面,在该状态下,将上述上包层从上述玻璃制基材剥离下来。
[0062] 〔比较例〕
[0063] 〔上包层的形成材料〕
[0064] 成分M:环氧树脂(“四日市合成社”制造、エポゴーセーPT)40重量份。
[0065] 成分N:环氧树脂(“ダイセル社”制造、2021P)60重量份。
[0066] 成分O:光酸产生剂(ADEKA社制造、SP170)4重量份。
[0067] 将这些成分M~O进行混合而调制出上包层的形成材料。
[0068] 〔芯部的形成材料〕
[0069] 成分P:环氧树脂(“四日市合成社”制造、エポゴーセーPT)30重量份。
[0070] 成分Q:环氧树脂(DIC社制造、EXA-4816)70重量份。
[0071] 成分R:光酸产生剂(ADEKA社制造、SP170)4重量份。
[0072] 将这些成分P~R进行混合而调制出芯部的形成材料。
[0073] 〔下包层的形成材料〕
[0074] 成分S:环氧树脂(“四日市合成社”制造、エポゴーセーPT)40重量份。
[0075] 成分T:环氧树脂(“ダイセル社”制造、2021P)60重量份。
[0076] 成分U:光酸产生剂(ADEKA社制造、SP170)4重量份。
[0077] 将这些成分S~U进行混合而调制出下包层的形成材料。
[0078] 〔光波导路的制作〕
[0079] 与上述实施例相同地,制作出相同尺寸的光波导路。但是,上包层的弹性模量为1GPa、芯部的弹性模量为25MPa、下包层的弹性模量为1GPa。另外,上包层的折射率为1.504、芯部的折射率为1.532、下包层的折射率为1.504。
[0080] 〔位置传感器的制作〕
[0081] 上述实施例和比较例的各光波导路的芯部的一个端面与发光元件(Optowell社制、XH85-S0603-2s)相连接,芯部的另一个端面与受光元件(“浜松ホトニクス社”制、s10226)相连接,从而制作出实施例和比较例的各位置传感器。
[0082] 〔位置传感器的评价〕
[0083] 以1.47N的载荷将圆珠笔的笔尖(曲率半径350μm)按压在上述各位置传感器的表面,以19.6N的载荷将人的食指(曲率半径1cm)按压在上述各位置传感器的表面。而且,分别在未施加上述荷重的情况和施加了上述荷重的情况下对上述受光元件的光的受光等级(受光量)进行检测,并根据下面的式(3)计算出其衰减率。
[0084] [式3]
[0085] 其结果,在实施例的位置传感器中,笔尖按压时的衰减率为80%、食指按压时的衰减率为0%。与此相对,在比较例的位置传感器中,笔尖按压时的衰减率为60%、食指按压时的衰减率为50%。
[0086] 即、在实施例的位置传感器中,受光元件的光的受光等级在笔尖按压时降低,在食指按压时未降低,因此,可知:能够只检测出笔尖的位置,而食指的位置因其状态与未被按压时的状态相同而没有被检测。与此相对,在比较例的位置传感器中,受光元件的光的受光等级在笔尖按压时和食指按压时均降低相同程度,所以可知:不仅检测到笔尖的位置,还检测到不需要的食指的位置。
[0087] 在上述实施例中,示出了本发明的具体实施方式,但上述实施例不过是简单的例示,并不是限定性地解释。意图在于,对于本领域技术人员而言明显的各种变形均在本发明的范围内。
[0088] 产业上的可利用性
[0089] 本发明的位置传感器能够用于如下情况:在手握持着笔等输入体来输入文字等时,只检测出所需的笔尖等顶端输入部的位置、移动轨迹,而不检测不需要的手的位置等。
[0090] 附图标记说明
[0091] A 位置传感器
[0092] W 光波导路
[0093] 1 下包层
[0094] 2 芯部
[0095] 3 上包层
[0096] 4 发光元件
[0097] 5 受光元件
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