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WO2015045572A1 - 電子下敷き - Google Patents

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WO2015045572A1
WO2015045572A1 PCT/JP2014/068666 JP2014068666W WO2015045572A1 WO 2015045572 A1 WO2015045572 A1 WO 2015045572A1 JP 2014068666 W JP2014068666 W JP 2014068666W WO 2015045572 A1 WO2015045572 A1 WO 2015045572A1
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WO
WIPO (PCT)
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core
layer
optical waveguide
cladding layer
range
Prior art date
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Application number
PCT/JP2014/068666
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕介 清水
良真 吉岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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Publication date
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Priority to EP14846812.7A priority patent/EP3026535A1/en
Priority to KR1020167003823A priority patent/KR20160061314A/ko
Priority to US15/022,649 priority patent/US20160231864A1/en
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
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    • G06F3/04883—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] using specific features provided by the input device, e.g. functions controlled by the rotation of a mouse with dual sensing arrangements, or of the nature of the input device, e.g. tap gestures based on pressure sensed by a digitiser using a touch-screen or digitiser, e.g. input of commands through traced gestures for inputting data by handwriting, e.g. gesture or text
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    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers

Definitions

  • the present invention relates to an electronic underlay that is placed under a sheet of paper to be written with a writing instrument and optically detects the pressing position of the tip of the writing instrument on the surface of the sheet.
  • an input device for inputting characters and the like an input device having a pressure-sensitive touch panel and a display has been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • a sheet is placed on the pressure-sensitive touch panel and characters or the like are written on the sheet with a writing tool (such as a pen)
  • the pressure-sensitive touch panel detects the position pressed by the tip (such as a pen tip) and the display
  • the above-mentioned characters and the like are displayed on the display.
  • a position sensor that optically detects the pressed position has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • a plurality of cores serving as optical paths are arranged in the vertical and horizontal directions, and the periphery of the cores is covered with a clad to form a sheet-like optical waveguide, and light from the light emitting element is applied to one end face of each core. Light that has entered and propagated through each core is detected by the light receiving element at the other end face of each core.
  • the core of the pressed portion is crushed (the cross-sectional area of the core in the pressing direction is reduced), and the light receiving element Since the light detection level at the lowering is reduced, the pressed position can be detected.
  • the present inventors produced an electronic underlay in which the pressure-sensitive touch panel of Patent Document 1 was replaced with the position sensor using an optical waveguide of Patent Document 2. That is, in the electronic underlay, when a paper is placed on the surface of the clad of the optical waveguide and characters are written on the paper with a writing instrument, the core of the pressing part is crushed by the pressing of the tip of the writing instrument, and the pressing part In the core, since the light detection level at the light receiving element is lowered, the pressing position by the tip of the writing instrument can be detected.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an electronic underlay capable of detecting the pressing position by the tip of a writing instrument even when the writing pressure is low.
  • the electronic underlay of the present invention is used by being placed under a sheet of paper to be written with a writing instrument, and a plurality of linear cores formed in a lattice shape are used as sheet-like first and second cladding layers.
  • a sheet-like optical waveguide having the surface of the second clad layer as the surface on which the sheet is placed, a light emitting element connected to one end surface of the core of the optical waveguide, and connected to the other end surface of the core The surface portion of the paper corresponding to the lattice-shaped core portion of the optical waveguide is received by the light receiving element through the core of the optical waveguide.
  • a core having a thickness in the range of 10 to 100 ⁇ m and a modulus of elasticity in the range of 1 to 10 GPa is embedded in the surface portion of the first cladding layer, and the surface of the first cladding layer and the core With the top surface of the first clad layer and the top surface of the core covered with the surface of the first cladding layer, the thickness is in the range of 1 to 100 ⁇ m, and the elastic modulus is in the range of 0.1 to 10 GPa.
  • An optical waveguide in which a second cladding layer set inside is formed.
  • the present inventors put paper on the surface of the clad layer of the sheet-shaped optical waveguide for detecting the pressed position, and when writing letters on the paper with a writing tool such as a pen, even if the writing pressure is low, it depends on the tip of the writing tool.
  • a writing tool such as a pen
  • research was repeated on the structure of the optical waveguide.
  • the reason why the pressing position by the tip of the writing instrument cannot be detected when the writing pressure is low is that the clad layer portion located above the core is thick (over 100 ⁇ m).
  • the first cladding layer is formed so as to cover the core.
  • the paper is placed on the surface of the first cladding layer with the second cladding layer on the bottom and the first cladding layer on the top.
  • the present inventors broke the conventional technical common sense, turned the manufactured optical waveguide upside down, and set the second cladding layer on the upper side and the first cladding layer on the lower side.
  • the inventors have determined that the second cladding layer has a thickness in the range of 1 to 100 ⁇ m and an elastic modulus of 0.1 M to 10 GPa. If the core is set within the range and the core is set within the range of 10 to 100 ⁇ m in thickness and within the range of elastic modulus of 1 to 10 GPa, the pressing position by the tip of the writing instrument can be detected even if the writing pressure is low.
  • the headline, the present invention has been reached.
  • the optical waveguide on which the paper is placed is formed in the above (A). That is, in a state where the optical waveguide has a specific structure, the second cladding layer positioned above the core is appropriately formed thin, the core is formed appropriately thick, and the second cladding is further formed.
  • the layer and core have the proper elastic modulus. Therefore, when writing letters or the like on a paper placed on the surface of the second clad layer with a writing instrument, the electronic underlay of the present invention has the structure of the optical waveguide and the second even if the writing pressure is low. Combined with the characteristics of the cladding layer and the characteristics of the core, the amount of light propagation in the core of the pressed portion by the tip of the writing instrument is likely to decrease, and the pressed position can be accurately detected.
  • a protective layer is provided on the surface of the second cladding layer, the surface of the protective layer is used as the paper mounting surface, and a laminate composed of the second cladding layer and the protective layer has a thickness of 1 to 100 ⁇ m.
  • the elastic modulus is set within the range of 0.1 M to 10 GPa, the pressing position by the tip of the writing instrument is more accurately detected while protecting the thin second cladding layer by the protective layer. be able to.
  • An embodiment of the electronic underlay of the present invention is shown typically, (a) is the top view, and (b) is the expanded sectional view. It is an expanded sectional view showing typically the use condition of the above-mentioned electronic underlay.
  • (A)-(d) is explanatory drawing which shows typically the manufacturing method of the optical waveguide which comprises the said electronic underlay.
  • Other embodiment of the electronic underlay of this invention is shown typically, (a) is the top view, (b) is the expanded sectional view. It is an expanded sectional view showing typically the modification of the above-mentioned electronic underlay.
  • (A) to (f) are enlarged plan views schematically showing the crossing form of lattice-like cores in the electronic underlay.
  • (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 an electronic underlay according to the present invention
  • FIG. 1 (b) is an enlarged view of a cross section at the center.
  • the optical waveguide W on which the paper is placed has a lattice-like core 2 embedded in the surface portion of the sheet-like under clad layer (first clad layer) 1,
  • the surface of the clad layer 1 and the top surface of the core 2 are formed flush with each other, and the surface of the under clad layer 1 and the top surface of the core 2 are covered, and a sheet-like overcladding layer (the first thickness) 2 clad layer) 3 is formed in a sheet-like shape.
  • the surface of the over clad layer 3 serves as the paper placement surface.
  • the over cladding layer 3 has a thickness set in the range of 1 to 100 ⁇ m and an elastic modulus in the range of 0.1 M to 10 GPa.
  • the core 2 has a thickness set in a range of 10 to 100 ⁇ m and an elastic modulus in a range of 1 to 10 GPa.
  • the characteristics of the over clad layer 3 positioned above the core 2 are set in the above specific range, and the core It is a major feature of the present invention that the two characteristics are set in the specific range.
  • the under cladding layer 1 has a thickness set in the range of 20 to 2000 ⁇ m and an elastic modulus in the range of 0.1 M to 1 GPa.
  • the electronic underlay is formed on the light emitting element 4 connected to one end surface of the linear core 2 constituting the lattice-shaped core 2 and the other end surface of the linear core 2. And a light receiving element 5 connected thereto.
  • the light emitted from the light emitting element 4 passes through the core 2 and is received by the light receiving element 5.
  • the optical waveguide W, the light emitting element 4 and the light receiving element 5 are provided on the surface of a rigid plate 7 such as a resin plate or a metal plate.
  • the core 2 is indicated by a chain line, and the thickness of the chain line indicates the thickness of the core 2.
  • the number of cores 2 is omitted.
  • the arrow of Fig.1 (a) has shown the direction where light travels.
  • the electronic underlay is used under a paper K on which a memo or the like is written with the writing instrument 10, as shown in a sectional view in FIG.
  • the surface of the over-cladding layer 3 of the optical waveguide W under the electron is made to be a contact surface with the paper K.
  • An input of a memo or the like is performed by writing a memo or the like on the surface of the paper K with the writing instrument 10.
  • the input area on the paper K is a portion corresponding to the lattice-like core 2 (see FIG. 1A) of the optical waveguide W of the electronic underlay.
  • the writing pressure by the tip 10a of the pen tip or the like is transmitted to the over clad layer 3 through the paper K, and the optical waveguide W is pressed.
  • the core 2 bends so as to sink into the underclad layer 1 along the tip 10a of the pen tip or the like at the pressing portion by the tip 10a of the pen tip or the like. Then, light leakage (scattering) occurs from the bent portion of the core 2.
  • the light detection level at the light receiving element 5 is reduced, and the position (coordinates) of the tip 10a of the pen tip or the like is determined from the decrease in the light detection level. Can be detected.
  • the over clad layer 3 has a thickness set in the range of 1 to 100 ⁇ m and an elastic modulus in the range of 0.1 M to 10 GPa.
  • the portion above 2 (over clad layer 3) is thinly formed with an appropriate elastic modulus. Therefore, even if the writing pressure is low, the bending degree of the core 2 can be made steep (the radius of curvature of the bent portion is reduced).
  • the core 2 has an appropriate elastic modulus because the thickness is set in the range of 10 to 100 ⁇ m and the elastic modulus is set in the range of 1 to 10 GPa. In this state, it is formed thick. Therefore, the light reflection angle at the bent portion of the core 2 is increased.
  • a combination of the sharp bending of the core 2 and the large reflection angle of the light at the bent portion increases the amount of light leaking (scattering) from the core 2. That is, even if the writing pressure is low, the pressed position (coordinates) by the tip 10a such as the pen tip can be accurately detected.
  • the portion of the optical waveguide W that the tip 10a of the writing instrument 10 presses through the paper K is deformed as described above, so that the writing quality is good.
  • the submerged depth D of the core 2 into the under cladding layer 1 is preferably up to 2000 ⁇ m. If it exceeds that, the under cladding layer 1, the core 2 and the over cladding layer 3 may not return to their original state, or the optical waveguide W may be cracked.
  • the electronic underlay is provided with a CPU (Central Processing Unit) (not shown) for controlling the electronic underlay, and the CPU has a pen tip due to a decrease in the light detection level at the light receiving element 5.
  • a program for specifying the movement locus of the tip 10a is incorporated. That is, the electronic underlay is a position sensor that detects the position of the tip (pen tip etc.) 10a of the writing instrument (pen etc.) 10 when writing a memo etc. on the surface of the paper K.
  • data indicating the movement locus of the tip 10a of the writing instrument 10 is stored (stored) in a storage unit such as a memory as electronic data.
  • information such as memos stored (stored) in the storage means can be played back (displayed) using a playback terminal (personal computer, smartphone, tablet terminal, etc.), and further for the above playback. It can also be stored in the terminal.
  • the playback terminal and the electronic underlay are connected by a connection cable such as a micro USB cable, for example.
  • the storage (memory) of the storage means is performed in a versatile file format such as pdf, for example.
  • the forming material of the under cladding layer 1, the core 2 and the over cladding layer 3 constituting the optical waveguide W include a photosensitive resin, a thermosetting resin, and the like, and the optical waveguide W is manufactured by a manufacturing method corresponding to the forming material.
  • an under cladding layer (first cladding layer) 1 is formed on the upper surface of the over cladding layer 3 so as to cover the core 2. Then, as shown in FIG. 3D, the obtained structure is turned upside down so that the under cladding layer 1 is on the lower side and the over cladding layer 3 is on the upper side. In this way, the optical waveguide W is obtained.
  • the refractive index of the core 2 is set larger than the refractive indexes of the under cladding layer 1 and the over cladding layer 3.
  • the elastic modulus and refractive index can be adjusted by, for example, selecting the type of each forming material and adjusting the composition ratio.
  • FIG. 4 (a) is a plan view showing another embodiment of the electronic underlay of the present invention
  • FIG. 4 (b) is an enlarged view of the cross section at the center.
  • the electronic underlay of this embodiment is provided with a protective layer P made of resin or the like on the surface of the over clad layer (second clad layer) 3 in the above embodiment shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). ing.
  • the surface of the protective layer P becomes the placement surface of the paper K.
  • the laminate composed of the over clad layer 3 and the protective layer P is set within a thickness range of 1 to 100 ⁇ m and an elastic modulus within a range of 0.1 M to 10 GPa.
  • the thickness and elastic modulus of the laminate are set in the above range with the adhesive layer included.
  • the other parts are the same as those in the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, and the same reference numerals are given to the same parts.
  • the portion above the core 2 (a laminate comprising the over clad layer 3 and the protective layer P) is appropriate. It is formed thin with a good elastic modulus. Therefore, even if the writing pressure is low, the bending degree of the core 2 can be made steep (the radius of curvature of the bent part is reduced), and the amount of light leaking (scattering) from the core 2 can be increased. . That is, even if the writing pressure is low, the pressed position (coordinates) by the tip 10a such as the pen tip can be accurately detected. In addition, the thin over clad layer 3 can be protected by the protective layer P.
  • the material for forming the protective layer P examples include resins such as PET (polyethylene terephthalate), PI (polyimide), and PEN (polyethylene naphthalate), rubbers such as silicone rubber and acrylic rubber, and metals such as stainless steel and aluminum. Etc.
  • the thickness of the said protective layer P should just be formed in the range of the thickness of the said laminated body, and is set in the range which exceeds 0 micrometer and is less than 99 micrometers.
  • the back surface of the under cladding layer 1 (the under cladding layer 1 and the rigid plate). 7) may be provided with an elastic layer R such as a rubber layer.
  • the undercladding layer 1 is set to have a thickness in the range of 1 to 200 ⁇ m and an elastic modulus in the range of 0.1 M to 10 GPa, and the elastic layer R has an elastic thickness in the range of 20 to 20000 ⁇ m.
  • the rate is set within the range of 0.1 M to 1 GPa.
  • the restoring force of the under cladding layer 1, the core 2 and the over cladding layer 3 is weak, or the under cladding layer 1, the core 2 and the over cladding layer 3 are originally made of a material having a weak restoring force.
  • the elastic force of the elastic layer R is used to assist the weak restoring force, and after the pressing by the tip 10a of the writing instrument 10 is released, the original state can be restored.
  • the rigid plate 7 is provided to support the optical waveguide W.
  • the rigid plate 7 may not be provided.
  • the input is performed in a state where the optical waveguide W with the electronic base is placed on a hard flat table such as a table.
  • each of the intersecting portions of the lattice-like core 2 is normally formed in a state in which all four intersecting directions are continuous, as shown in an enlarged plan view in FIG.
  • 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 are discontinuous. As shown in FIG.
  • the three intersecting directions may be discontinuous, or as shown in FIG. 6 (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. 7 (a), in an intersection where all four intersecting directions are continuous, if one of the intersecting directions (upward in FIG. 7 (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 is transmitted through the core 2 because the reflection angle at the wall surface is large [two points in FIG. (See chain line arrow). Such transmission of light also occurs in the direction opposite to the above (downward in FIG. 7A).
  • FIG. 7B when one intersecting direction (the upward direction in FIG.
  • Component a Epoxy resin (Epogosei PT, manufactured by Yokkaichi Gosei Co., Ltd.)
  • Component b Epoxy resin (manufactured by Daicel, EHPE3150)
  • Component c Photoacid generator (manufactured by Sun Apro, CPI 200K)
  • Component d Epoxy resin (manufactured by Daicel, EHPE3150)
  • Component e Epoxy resin (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd., YDCN700-10)
  • Component f Photoacid generator (made by ADEKA, SP170)
  • Component g Ethyl lactate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., solvent)
  • a core forming material was prepared by mixing these components d to g.
  • optical waveguide was manufactured as follows. At this time, the thickness and elastic modulus of the over clad layer and the like constituting the optical waveguide were set to the values shown in Tables 1 to 4 below. The elastic modulus was adjusted by adjusting the contents of the components a to c, components d and e, and components h to j. The elastic modulus was measured using a viscoelasticity measuring device (TA instruments Japan Inc., RSA3).
  • Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 9 an over clad layer was formed on the surface of a glass substrate by spin coating using the over clad layer forming material
  • Examples 10 to 18 and Comparative Examples 10 to 18 having a protective layer a PET sheet (Mitsubishi Resin, B100) was placed as a protective layer on the surface of a glass substrate, and the PET sheet An over clad layer was formed on the surface by spin coating using the over clad layer forming material.
  • the core was formed in a linear pattern on the upper surface of the over clad layer by photolithography using the core forming material.
  • an under clad layer was formed on the upper surface of the over clad layer by spin coating using the under clad layer forming material so as to cover the core.
  • a light emitting element (Optowell, XH85-S0603-2s) was connected to one end face of the core of the optical waveguide, and a light receiving element (Hamamatsu Photonics, s10226) was connected to the other end face of the core. In this way, an electronic underlay was produced.
  • a rubber layer is provided between the under cladding layer and the ABS resin rigid plate, and the under cladding layer has a thickness in the range of 1 to 200 ⁇ m and an elastic modulus of 0.1 M to 10 GPa. Even when the electronic underlay was evaluated in the same manner as in Examples 1 to 18 described above, the rubber layer was set in the range of 20 to 20000 ⁇ m in thickness and in the range of elastic modulus 0.1 M to 1 GPa. Results showing the same tendency as in Examples 1 to 18 were obtained.
  • the electronic underlay according to the present invention can be used to accurately detect the pressing position by the tip of the writing instrument even when the writing pressure is low when writing a memo or the like on the paper with a writing instrument. .

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Abstract

　筆圧が低くても、筆記具の先端による押圧位置を正確に検知できる電子下敷きを提供する。この電子下敷きは、光導波路Ｗは、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、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、オーバークラッド層３が形成されたものとなっている。オーバークラッド層３の表面が用紙の載置面である。オーバークラッド層３は、厚みが１～１００μｍの範囲内で、弾性率が０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定され、コア２は、厚みが１０～１００μｍの範囲内で、弾性率が１～１０ＧＰａの範囲内に設定されている。

Description

電子下敷き
　本発明は、筆記具で書き込む用紙の下に敷き、その用紙の表面における、筆記具の先端による押圧位置を光学的に検知する電子下敷きに関するものである。
　従来より、文字等を入力する入力装置として、感圧式タッチパネルとディスプレイとを有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このものは、上記感圧式タッチパネル上に用紙を置き、その用紙に文字等を筆記具（ペン等）で書くと、その先端（ペン先等）による押圧位置を上記感圧式タッチパネルが検知して上記ディスプレイに出力し、そのディスプレイに、上記書いた文字等を表示するようになっている。
　一方、押圧位置を光学的に検知する位置センサが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このものは、光路となる複数のコアを縦横方向に配置し、それらコアの周縁部をクラッドで覆うことによりシート状の光導波路を形成し、上記各コアの一端面に発光素子からの光を入射させ、各コア内を伝播してきた光を、各コアの他端面で受光素子により検出するようになっている。そして、そのシート状の光導波路の表面の一部を指等で押圧すると、その押圧部分のコアがつぶれ（押圧方向のコアの断面積が小さくなり）、その押圧部分のコアでは、上記受光素子での光の検出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。
特開２００６－１７２２３０号公報 特開平８－２３４８９５号公報
　そこで、本発明者らは、上記特許文献１の感圧式タッチパネルを、上記特許文献２の、光導波路を用いた位置センサに代えた電子下敷きを作製した。すなわち、その電子下敷きでは、上記光導波路のクラッドの表面に用紙を置き、その用紙に文字等を筆記具で書くと、その筆記具の先端の押圧により、その押圧部分のコアがつぶれ、その押圧部分のコアでは、上記受光素子での光の検出レベルが低下することから、上記筆記具の先端による押圧位置を検知できるようになっている。
　しかしながら、上記電子下敷きでは、筆圧（筆記具の先端による押圧力）が低いと、筆記具の先端による押圧位置を正確に検知でき難い傾向があった。
　本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、筆圧が低くても、筆記具の先端による押圧位置を検知できる電子下敷きの提供をその目的とする。
　上記の目的を達成するため、本発明の電子下敷きは、筆記具で書き込む用紙の下に敷いて使用され、格子状に形成された複数の線状のコアをシート状の第１および第２クラッド層により挟持し、その第２クラッド層の表面を上記用紙の載置面とするシート状の光導波路と、この光導波路のコアの一端面に接続される発光素子と、上記コアの他端面に接続される受光素子とを備え、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、上記光導波路の格子状のコア部分に対応する上記用紙の表面部分を入力領域とし、その入力領域における筆記具の先端の移動軌跡を、その移動により変化したコアの光伝播量によって特定する電子下敷きであって、上記光導波路が下記（Ａ）に形成されているという構成をとる。
（Ａ）第１クラッド層の表面部分に、厚みが１０～１００μｍの範囲内で、弾性率が１～１０ＧＰａの範囲内に設定されたコアが埋設されて、上記第１クラッド層の表面とコアの頂面とが面一に形成され、それら第１クラッド層の表面とコアの頂面とを被覆した状態で、厚みが１～１００μｍの範囲内で、弾性率が０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定された第２クラッド層が形成されている光導波路。
　本発明者らは、押圧位置検知用シート状光導波路のクラッド層の表面に用紙を置き、その用紙に文字等をペン等の筆記具で書く際に、筆圧が低くても、筆記具の先端による押圧位置を正確に検知できるようにすべく、上記光導波路の構造について、研究を重ねた。その研究の過程で、筆圧が低い場合に筆記具の先端による押圧位置を検知できない原因は、コアよりも上側に位置するクラッド層部分が厚い（１００μｍを超える）ことにあることを突き止めた。そして、その知見に鑑み、コアよりも上側に位置するクラッド層部分を薄くすることを着想し、さらに研究を重ねた。その研究の過程で、コアは、厚い方が、押圧により変形したコア部分での光の漏れる量が多くなり、その押圧位置が検知され易くなることを突き止めた。さらに、その場合、光導波路を従来と上下逆にして使用すると、上記押圧位置がより検知され易くなることを突き止めた。
　すなわち、光導波路の作製は、通常、第２クラッド層の表面に、コアを突出形成した後、そのコアを被覆するように、第１クラッド層を形成する。従来は、その作製した上下の配置状態のまま使用するのが技術常識であった。すなわち、第２クラッド層を下側、第１クラッド層を上側にし、その第１クラッド層の表面に、用紙を載置していた。それに対し、本発明者らは、従来の技術常識を打破し、その作製した光導波路を上下逆にし、第２クラッド層を上側、第１クラッド層を下側にした。そして、本発明者らは、上記第２クラッド層およびコアの特性について、さらに研究を重ねた結果、第２クラッド層を、厚み１～１００μｍの範囲内、かつ、弾性率０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定し、コアを、厚み１０～１００μｍの範囲内、かつ、弾性率１～１０ＧＰａの範囲内に設定に設定すると、筆圧が低くても、筆記具の先端による押圧位置を検知できることを見出し、本発明に到達した。
　本発明の電子下敷きは、用紙を載置する光導波路が上記（Ａ）に形成されている。すなわち、光導波路が特定の構造になっている状態で、コアよりも上側に位置する第２クラッド層が適正に薄く形成されているとともに、コアが適正に厚く形成され、さらに、それら第２クラッド層およびコアが適正な弾性率を有している。そのため、上記第２クラッド層の表面に載置される用紙に、筆記具で文字等を書く際に、筆圧が低くても、本発明の電子下敷きは、上記光導波路の構造と、上記第２クラッド層の特性と、上記コアの特性とが相俟って、筆記具の先端による押圧部分のコアの光伝播量が減少し易くなっており、その押圧位置を正確に検知することができる。
　また、上記第２クラッド層の表面に、保護層を設け、その保護層の表面を上記用紙の載置面とし、それら第２クラッド層と保護層とからなる積層体を、厚み１～１００μｍの範囲内で、弾性率０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定する場合には、上記保護層により、薄い上記第２クラッド層を保護しつつ、筆記具の先端による押圧位置を、より正確に検知することができる。
本発明の電子下敷きの一実施の形態を模式的に示し、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその拡大断面図である。 上記電子下敷きの使用状態を模式的に示す拡大断面図である。 （ａ）～（ｄ）は、上記電子下敷きを構成する光導波路の製法を模式的に示す説明図である。 本発明の電子下敷きの他の実施の形態を模式的に示し、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその拡大断面図である。 上記電子下敷きの変形例を模式的に示す拡大断面図である。 （ａ）～（ｆ）は、上記電子下敷きにおける格子状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。
　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、本発明の電子下敷き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。この実施の形態の電子下敷きは、用紙が載置される光導波路Ｗが、シート状のアンダークラッド層（第１クラッド層）１の表面部分に、格子状のコア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、均一厚みのシート状のオーバークラッド層（第２クラッド層）３が形成されたシート状のものとなっている。そのオーバークラッド層３の表面が、上記用紙の載置面となっている。そして、そのオーバークラッド層３は、厚みが１～１００μｍの範囲内に設定され、かつ、弾性率が０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定されている。さらに、上記コア２は、厚みが１０～１００μｍの範囲内に設定され、かつ、弾性率が１～１０ＧＰａの範囲内に設定されている。このように、用紙を載置する光導波路Ｗが上記の特定の構造になっている状態で、コア２よりも上側に位置するオーバークラッド層３の特性が上記の特定範囲に設定され、そのコア２の特性が上記の特定範囲に設定されていることが、本発明の大きな特徴である。なお、この実施の形態では、アンダークラッド層１は、厚みが２０～２０００μｍの範囲内に設定され、弾性率が０．１Ｍ～１ＧＰａの範囲内に設定されている。
　また、上記電子下敷きは、上記光導波路Ｗに加え、上記格子状のコア２を構成する線状のコア２の一端面に接続された発光素子４と、上記線状のコア２の他端面に接続された受光素子５とを備えている。そして、上記発光素子４から発光された光は、上記コア２の中を通り、上記受光素子５で受光されるようになっている。さらに、この実施の形態では、これら光導波路Ｗ，発光素子４，受光素子５が、樹脂板や金属板等の剛性板７の表面に設けられている。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。また、図１（ａ）では、コア２の数を略して図示している。さらに、図１（ａ）の矢印は、光の進む方向を示している。
　上記電子下敷きは、図２に断面図で示すように、筆記具１０でメモ等を書き込む用紙Ｋの下に敷いて使用される。このとき、上記電子下敷きの光導波路Ｗのオーバークラッド層３の表面が、上記用紙Ｋとの接触面となるようにする。そして、メモ等の入力は、筆記具１０で上記用紙Ｋの表面にメモ等を書くことにより行われる。その用紙Ｋにおける入力領域は、上記電子下敷きの光導波路Ｗの格子状のコア２〔図１（ａ）参照〕に対応する部分となっている。
　すなわち、上記用紙Ｋの表面に、ペン等の筆記具１０でメモ等を書くと、ペン先等の先端１０ａによる筆圧が、用紙Ｋを介してオーバークラッド層３に伝わり、光導波路Ｗが押圧される。それにより、ペン先等の先端１０ａによる押圧部分では、コア２が、ペン先等の先端１０ａに沿って、アンダークラッド層１に沈むように曲がる。そして、そのコア２の曲がった部分から、光の漏れ（散乱）が発生する。そのため、ペン先等の先端１０ａで押圧されたコア２では、受光素子５での光の検出レベルが低下し、その光の検出レベルの低下から、ペン先等の先端１０ａの位置（座標）を検知することができる。
　ここで、オーバークラッド層３は、先に述べたように、厚みが１～１００μｍの範囲内に設定され、かつ、弾性率が０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定されていることから、コア２よりも上側の部分（オーバークラッド層３）が、適正な弾性率を有した状態で、薄く形成されている。そのため、筆圧が低くても、コア２の曲がり具合を急なものに（曲がり部分の曲率半径を小さく）することができる。さらに、コア２は、先に述べたように、厚みが１０～１００μｍの範囲内に設定され、かつ、弾性率が１～１０ＧＰａの範囲内に設定されていることから、適正な弾性率を有した状態で、厚く形成されている。そのため、コア２の曲がっている部分における光の反射角度が大きくなる。そして、上記コア２の急な曲がりと、その曲がっている部分における光の反射角度が大きいこととが相俟って、コア２から漏れる（散乱する）光の量が多くなる。すなわち、筆圧が低くても、ペン先等の先端１０ａによる押圧位置（座標）を正確に検知することができる。
　また、上記用紙Ｋへの入力時には、筆記具１０の先端１０ａが用紙Ｋを介して押圧する光導波路Ｗの部分が、上記のように変形するため、書き味が良好である。
　そして、上記筆記具１０の先端１０ａによる押圧が解除される（筆記具１０による書き込みが終了する）と、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は、各自の復元力により、元の状態〔図１（ｂ）参照〕に戻る。なお、上記コア２の、アンダークラッド層１への沈み込み深さＤは、最大で２０００μｍまでとすることが好ましい。それを超えると、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が元の状態に戻らなくなったり、光導波路Ｗに割れが発生したりするおそれがある。
　さらに、上記電子下敷きは、その電子下敷きを制御するＣＰＵ（中央処理装置）（図示せず）を備えており、そのＣＰＵには、上記受光素子５での光の検出レベルの低下から、ペン先等の先端１０ａの移動軌跡を特定するプログラムが組み込まれている。すなわち、上記電子下敷きは、用紙Ｋの表面にメモ等を書く際の、筆記具（ペン等）１０の先端（ペン先等）１０ａの位置を検知する位置センサになっている。そして、例えば、上記筆記具１０の先端１０ａの移動軌跡を示すデータは、電子データとしてメモリ等の記憶手段に保存（記憶）される。
　また、その記憶手段に保存（記憶）されたメモ等の情報は、再生用端末（パーソナルコンピュータ，スマートフォン，タブレット型端末等）を利用して再生（表示）することができ、さらに、上記再生用端末に記憶させることもできる。この場合、上記再生用端末と上記電子下敷きとは、例えば、マイクロＵＳＢケーブル等の接続ケーブルで接続される。なお、上記記憶手段のメモリへの保存（記憶）は、例えば、ｐｄｆ等の汎用性のあるファイル形式で行われる。
　つぎに、上記光導波路Ｗの製法について説明する。上記光導波路Ｗを構成する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。すなわち、まず、図３（ａ）に示すように、オーバークラッド層（第２クラッド層）３を均一厚みのシート状に形成する。ついで、図３（ｂ）に示すように、そのオーバークラッド層３の上面に、コア２を、突出した状態で所定パターンに形成する。つぎに、図３（ｃ）に示すように、そのコア２を被覆するように、上記オーバークラッド層３の上面に、アンダークラッド層（第１クラッド層）１を形成する。そして、図３（ｄ）に示すように、その得られた構造体を上下逆にし、アンダークラッド層１を下側、オーバークラッド層３を上側にする。このようにして、上記光導波路Ｗが得られる。
　また、上記コア２の屈折率は、上記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。そして、上記弾性率および屈折率の調整は、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。
　図４（ａ）は、本発明の電子下敷きの他の実施の形態を示す平面図であり、図４（ｂ）は、その中央部の断面を拡大した図である。この実施の形態の電子下敷きは、図１（ａ），（ｂ）に示す上記実施の形態において、オーバークラッド層（第２クラッド層）３の表面に、樹脂等からなる保護層Ｐが設けられている。この実施の形態では、その保護層Ｐの表面が、用紙Ｋの載置面となる。そして、それらオーバークラッド層３と保護層Ｐとからなる積層体が、厚み１～１００μｍの範囲内に設定され、かつ、弾性率０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定されている。上記オーバークラッド層３と保護層Ｐとの間に接着層がある場合は、その接着層を含めた状態で、上記積層体の厚みと弾性率とが上記範囲内にあるように設定される。それ以外の部分は、図１（ａ），（ｂ）に示す上記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、図１（ａ），（ｂ）に示す上記実施の形態と同様に、コア２よりも上側の部分（オーバークラッド層３と保護層Ｐとからなる積層体）が、適正な弾性率を有した状態で、薄く形成されている。そのため、筆圧が低くても、コア２の曲がり具合を急なものに（曲がり部分の曲率半径を小さく）することができ、コア２から漏れる（散乱する）光の量を多くすることができる。すなわち、筆圧が低くても、ペン先等の先端１０ａによる押圧位置（座標）を正確に検知することができる。しかも、上記保護層Ｐにより、薄い上記オーバークラッド層３を保護することができる。
　上記保護層Ｐの形成材料としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＩ（ポリイミド），ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の樹脂、もしくはシリコーンゴム，アクリルゴム等のゴム、もしくはステンレス，アルミニウム等の金属等があげられる。また、上記保護層Ｐの厚みは、上記積層体の厚みの範囲内で形成されていればよく、０μｍを上回り９９μｍを下回る範囲内に設定される。
　なお、上記各実施の形態において、図５に示すように（図５では、保護層Ｐが形成されている形態を図示している）、アンダークラッド層１の裏面（アンダークラッド層１と剛性板７との間）に、ゴム層等の弾性層Ｒを設けてもよい。この場合、例えば、アンダークラッド層１は、厚みが１～２００μｍの範囲内、弾性率が０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定され、弾性層Ｒは、厚みが２０～２００００μｍの範囲内、弾性率が０．１Ｍ～１ＧＰａの範囲内に設定される。そして、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の復元力が弱くなったり、それら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が元々復元力の弱い材料からなるものであったりしても、上記弾性層Ｒの弾性力を利用して、上記弱い復元力を補助し、筆記具１０の先端１０ａによる押圧が解除された後、元の状態に戻すことができる。
　また、上記各実施の形態では、光導波路Ｗを支持するために剛性板７を設けたが、その剛性板７を設けなくてもよい。その場合は、上記電子下敷きの光導波路Ｗをテーブル等の硬い平面台の上に載置する等した状態で、入力する。
　そして、上記各実施の形態において、格子状のコア２の各交差部は、通常、図６（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６（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６（ｃ），（ｄ）に示すように、交差する２方向〔図６（ｃ）は対向する２方向、図６（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６（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６（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６（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６（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７（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７（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、その壁面での反射角度が大きいことから、コア２を透過する〔図７（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７（ａ）では下方向〕でも発生する。これに対し、図７（ｂ）に示すように、交差する１方向〔図７（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７（ａ）においてコア２を透過する光の一部は、上記界面での反射角度が小さくなることから、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７（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。
　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。
〔オーバークラッド層の形成材料〕
　成分ａ：エポキシ樹脂（四日市合成社製、エポゴーセーＰＴ）
　成分ｂ：エポキシ樹脂（ダイセル社製、ＥＨＰＥ３１５０）
　成分ｃ：光酸発生剤（サンアプロ社製、ＣＰＩ２００Ｋ）
　これら成分ａ～ｃを混合することにより、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）
　成分ｅ：エポキシ樹脂（新日鉄化学社製、ＹＤＣＮ７００－１０）
　成分ｆ：光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０）
　成分ｇ：乳酸エチル（和光純薬工業社製、溶剤）
　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。
〔アンダークラッド層の形成材料〕
　成分ｈ：エポキシ樹脂（四日市合成社製、エポゴーセーＰＴ）
　成分ｉ：エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＪＥＲ１００７）
　成分ｊ：光酸発生剤（サンアプロ社製、ＣＰＩ２００Ｋ）
　成分ｋ：乳酸エチル（和光純薬工業社製、溶剤）
　これら成分ｈ～ｋを混合することにより、アンダークラッド層の形成材料を調製した。
〔光導波路の作製〕
　つぎのようにして、光導波路を作製した。このとき、光導波路を構成するオーバークラッド層等の厚みおよび弾性率は、下記の表１～４に示した値とした。なお、弾性率の調整は、上記成分ａ～ｃ、成分ｄ，ｅ、成分ｈ～ｊの含有量を調整することにより行った。また、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。
　すなわち、まず、実施例１～９および比較例１～９のものは、ガラス製基材の表面に、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、保護層のある実施例１０～１８および比較例１０～１８のものは、ガラス製基材の表面に、保護層としてＰＥＴ製シート（三菱樹脂社製、Ｂ１００）を載置し、そのＰＥＴ製シートの表面に、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。
　ついで、上記オーバークラッド層の上面に、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、コアを直線パターンに突出形成した。
　つぎに、上記コアを被覆するように、上記オーバークラッド層の上面に、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、アンダークラッド層を形成した。
　そして、ＡＢＳ樹脂製剛性板の片面に、両面テープを貼着したものを準備した。ついで、その両面テープのもう一方の粘着面を上記アンダークラッド層の表面に貼着し、その状態で、実施例１～９および比較例１～９のものは、上記オーバークラッド層を、保護層のある実施例１０～１８および比較例１０～１８のものは、上記ＰＥＴ製シート（保護層）を、上記ガラス製基材から剥離した。このようにして、ＡＢＳ樹脂製剛性板の片面に、両面テープを介して、光導波路を作製した。
〔電子下敷きの作製〕
　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、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。このようにして、電子下敷きを作製した。
〔電子下敷きの評価〕
　上記電子下敷きの表面（オーバークラッド層の表面または保護層の表面）に、厚み８５μｍの用紙を載せ、その用紙の表面に、ボールペンの先端（先端直径０．７ｍｍ）により、低筆圧に相当する荷重０．７３５Ｎ（人の平均筆圧に相当する荷重は１．４７Ｎ）をかけた。そして、そのボールペンの先端による押圧を正確に検知できた（受光素子での光の検出レベルが充分に低下した）ものを合格と評価し○を、正確に検知できなかったものを不合格と評価し×を、下記の表１～４に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　上記表１～４の結果から、実施例１～１８の電子下敷きでは、筆圧が低くても、ボールペンの先端による押圧位置を正確に検知できることがわかる。それに対し、比較例１～１８の電子下敷きでは、筆圧が低いと、ボールペンの先端による押圧位置を正確に検知できないことがわかる。そして、その結果の違いは、コアよりも上側の部分またはコアの厚みおよび弾性率に依存していることがわかる。
　また、上記実施例１～１８において、アンダークラッド層とＡＢＳ樹脂製剛性板との間に、ゴム層を設け、アンダークラッド層を、厚み１～２００μｍの範囲内、弾性率０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定し、ゴム層を、厚み２０～２００００μｍの範囲内、弾性率０．１Ｍ～１ＧＰａの範囲内に設定し、上記実施例１～１８と同様にして電子下敷きを評価した場合でも、上記実施例１～１８と同様の傾向を示す結果が得られた。
　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。
　本発明の電子下敷きは、用紙の下に敷き、その用紙にメモ等を筆記具で書く際に、筆圧が低くても、その筆記具の先端による押圧位置を正確に検知することに利用可能である。
　Ｗ　光導波路
　１　アンダークラッド層
　２　コア
　３　オーバークラッド層
　４　発光素子
　５　受光素子

Claims (2)

  1. 　筆記具で書き込む用紙の下に敷いて使用され、格子状に形成された複数の線状のコアをシート状の第１および第２クラッド層により挟持し、その第２クラッド層の表面を上記用紙の載置面とするシート状の光導波路と、この光導波路のコアの一端面に接続される発光素子と、上記コアの他端面に接続される受光素子とを備え、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、上記光導波路の格子状のコア部分に対応する上記用紙の表面部分を入力領域とし、その入力領域における筆記具の先端の移動軌跡を、その移動により変化したコアの光伝播量によって特定する電子下敷きであって、上記光導波路が下記（Ａ）に形成されていることを特徴とする電子下敷き。
    （Ａ）第１クラッド層の表面部分に、厚みが１０～１００μｍの範囲内で、弾性率が１～１０ＧＰａの範囲内に設定されたコアが埋設されて、上記第１クラッド層の表面とコアの頂面とが面一に形成され、それら第１クラッド層の表面とコアの頂面とを被覆した状態で、厚みが１～１００μｍの範囲内で、弾性率が０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定された第２クラッド層が形成されている光導波路。
  2. 　上記第２クラッド層の表面に、保護層を設け、その保護層の表面を上記用紙の載置面とし、それら第２クラッド層と保護層とからなる積層体を、厚み１～１００μｍの範囲内で、弾性率０．１Ｍ～１０ＧＰａの範囲内に設定する請求項１記載の電子下敷き。
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