本発明は光スイッチに係り、より詳細には、基板にプリントすることができる光スイッチに関する。本発明はまた、光スイッチの使用法およびそのプリント技術に関する。

一般に、スイッチはデバイスの状態の変更を開始するのに有用である。例えば、電源スイッチはデバイスの形態を「オン」状態から「オフ」状態へ変更することができる。現在、スイッチはユーザが数多くのデバイスと結合することでユーザがこのデバイスのさまざまな状態の間をトグルすることを可能にする。

本発明の一実施態様によれば、基板にプリントされた入力部を含むことができる光ボタンが提供されており、この入力部は外部の物体と接触したときに通過する光の光学特性を変更するように構成されている。光ボタンは入力部に光結合されてこの入力部を通過する光の光学特性の変化を検出する検出器を含むこともできる。

本発明の更なる実施態様によれば、光ボタンは入力部と検出器の間の基板上に配置されかつ入力部から検出器へ導光するように構成されている導波路部を更に含む。光ボタンは導波路部の表面に形成されるクラッド層を有することができ、このクラッド層は導波路部内の光を保持しかつ周囲光または外部光が導波路部に入り込むのを阻止するように構成されている。更に、光ボタンは、検出器と入力部との間に形成された第1の導波路と、光源と入力部との間に形成された第2の導波路と、を含むことができる。

本発明の更なる態様によれば、入力部と光結合されて入力部へ光を提供する光源を含むことができる光ボタンが提供されている。光ボタンは、第1のモードの間、光源からの光が第1の光学特性を有する入力部を通過し、第2のモードの間、光源からの光が第2の光学特性を有する入力部を通過するように動作することができる。検出器は入力部を通過する光が第1の光学特性を有するかまたは第2の光学特性を有するかを検出することができる。第1のモードの間、入力部は遮蔽されないが、第2のモードの間、入力部は外部の物体に接触することができる。同様に、第1のモードの間、入力部は非遮蔽であることができるが、第2のモードの間、入力部は外部の物体に被覆されることができる。

本発明の実施態様によれば、光ボタンを作成する方法が記載されており、この方法は、光学材料を基板へプリントしてその上に光入力部を形成するステップと、検出器を光入力部に光結合させて光入力部の光学特性の変化を検出するステップと、を含む。この方法は、入力部とこの入力部から検出器へ導光するように構成されている検出器との間の基板上に導波路部を配置するステップを更に含むことができる。加えて、この方法は、導波路部の表面へクラッド層を形成するステップを含み、このクラッド層は導波路部内で光を保持し周囲光がこの導波路部へ入り込むのを阻止するように構成されている。

本発明の更なる実施態様によれば、検出器と入力部の間に第1の導波路を形成するステップと光源と入力部との間に第2の導波路を形成するステップとを含む光ボタンを作成する方法が提供されている。本発明の光スイッチは入力部と光結合して光を入力部へ提供する光源も含むことができる。動作中、第1のモードの間、光源からの光は第1の光学特性を有する入力部を通過し、第2のモードの間、光源からの光は第2の光学特性を有する入力部を通過する。

本発明の実施態様によれば、基板にプリントされた光ボタンを使用する方法が提供されており、この方法は、入力部を通過する光を監視するステップと、光の光学特性が第1の光学特性から変化するときに入力部を通過する光の状態の変化を検出するステップと、を含む。

本発明の種々の実施形態を実施例として提示し、図面を参照することによって以下に詳細に説明する。図中、同様の構成要素には同様の参照番号が付される。

図1A〜図1Cは、本発明の実施態様による光スイッチを示す図である。

図2A〜図2Bは、本発明の他の実施態様による光スイッチを示す図である。

図3A〜図3Dは、本発明の更に他の実施態様による光スイッチを示す図である。

図4A〜図4Bは、本発明の更に他の実施態様による、光源と検出器をコントローラへ結合することを含む光スイッチを示す図である。

図5A〜図5Bは、本発明の更に他の実施態様による複数の光スイッチのレイアウトを示す図である。

図6は、本発明の更に他の実施態様による複数の光スイッチの他のレイアウトを示す図である。

図7は、光スイッチを作成し使用する例示的な方法を概略的に示す流れ図である。

図1〜3は、光スイッチ100を例示的に示す図である。図1(a)中、入力部110を有する光スイッチ100は基板120上に配置されている。検出器130は入力部110に近接配置されている。本発明の実施形態において、光スイッチ100は、入力部110と検出器130との間に配置された導波路部150を含むこともできる。入力部110および/または導波路部150は、接着剤および/または印刷を含む任意の技術を用いて、基板120上へ取り付けることができる。

光スイッチの入力部110は、受光してその受光した光が通過可能な材料であればどの材料からでも作ることができる。例えば、入力部110を形成することができる材料としては、透明トナー、光沢ワニス、エポキシ樹脂、シリコーンゲル、紫外線に露光すると硬化する透明液体材料、インクジェット印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷、またはこれらの組合せを用いたハイブリッドプロセスにおいて表面を光沢加工するために使用されるインクなどの乾燥透明(クリアドライ)インクなど、が挙げられる。

導波路部150は、入力部110に対して離間的または一体的に形成することができ、入力部110を検出器130に光結合することができる材料から作ることができる。導波路部150はクラッディングによって少なくとも部分的に被覆することもできる。クラッディングは、導波路部150に相対して入射または射出する不要な光量を削減または阻止することができる。例えば、クラッディングは、光が入射および射出するように意図されている場所を除いて、導波路部150の表面全体に沿って、または基板120と接触していない導波路部150の上面のみにおいて、配置することができる。

検出器130は入力部110を通過する光を検出することが可能な任意のデバイスであってよい。図示したように、検出器130は入力部110に光結合されて入力部110を通過する光の光学特性の変化を検出する。光スイッチ100のアプリケーションによって、導波路150は必要に応じて入力部110と検出器130との間に位置決めされ、検出器130は入力部110と導波路150の両方を通過する光を検出することができる。また、検出器130が入力部の外部に配設されて図示されているが、入力部110により一体的に形成されてもよいことも理解されたい。例えば、検出器130は入力部110内に配置されて、入力部110を通過する光の光学特性の変化を検出することができる。

必要に応じて、周囲部分は入力部110および/または導波路部150の周りに形成することができる。外周部115は、入力部110および/または導波路部150に対して離間的または一体的に形成することができ、入力部110および/または導波路部150内を移動する光を光学的に含有することができる材料から作ることができる。外周部115は基板へ配置またはプリントすることができ、入力部110および/または導波路部150に対して入射または射出する不要な光量を削減または阻止することができる任意の材料から作ることができる。例示的な実施形態において、外周部は入力部110が基板にプリントされるにつれて基板へプリントすることができる。例えば、外周部115を作成することができる材料としては、不透明トナー、不透明オフセット印刷インク、または不透明インクジェットインクが挙げられる。これらの材料はいずれも反射特性を提供するためにシルバー系またはメタリック系の着色剤から構成することができる。電子回路をインクジェットプリントするために使用されてきたナノシルバーインクジェットインクなどが一例として挙げられる。或いは、基板120の一部が外周部115を形成することもできる。

基板120は、入力部110が載置され得る任意の材料から作ることができる。例えば、入力部は金属やプラスチック基板120に載置され得る。基板120の他の例としては、本の頁、ドキュメント、または衣料品などの紙や布地が挙げられる。基板120の更なる例としては、デバイスの表面(例えば、医療機器)、カードストック、ベラム、非屈折性ガラス、ガラス繊維、木材、石材、漆喰、または塗装面が挙げられる。

光ボタン100は周囲検出器160も含むことができる。周囲検出器160は、入力部110は非遮蔽および/非被覆状態下で受光する周囲光の量などの入力部110を囲繞する周囲状態を検知する。周囲検出器160は、検出器130またはこれに対応するコントローラ(図示せず)に結合されることで検出器130は入力部110の遮蔽時と非遮蔽時をより精度良く検知することが可能となる。換言すれば、囲繞環境の状態を知ることによって、検出器130は入力部110を通過する光の光学特性をより精度良く検出することができるようになる。

図1(b)は、光スイッチ100を示す図1(a)のA−A′線断面図である。動作上、周囲環境からの周囲光190は入力部110を通過して検出器130へ入射することができる。入力部110を通過する周囲光190のすべてまたは一部を検出器130に方向付けることができる。図1(b)に示すように、導波路部150は入力部110を通過する光を検出器130へ導光することができる。入力部110が遮蔽されないとき、入力部110を通過する光は、第1の光学特性、例えば、第1の倍率を有することができる。検出器130は、光の第1の光学特性を検出することができる。

別の方法としては、図1(c)に示すように、入力部110が、指170などの外部物体によって遮蔽されたとき、入力部110を通過する周囲光160が全体的または部分的に遮断されるので、入力部110へ入射することができなくなる。入力部110の遮蔽は、入力部110を通過する光へ第2の光学特性、例えば、第2の倍率を提供することができる。従って、入力部110が遮蔽されるとき、検出器130へ方向付けられる光は光学特性の変化に影響される。検出器130は光のこの第2の光学特性を検出することができる。

検出器130は検出した光の光学特性に基づいて信号を生成することができる。例えば、検出器130が第1の光学特性を有する光を検出したとき、検出器130は第1の信号を生成することができる。或いは、検出器130が第2の光学特性を有する光を検出したとき、検出器130は第2の信号を生成することができる。信号はコントローラ(図示せず)へ送信され、コントローラは光スイッチ100が選択されているかどうかを判断するためにこの信号を更に処理することができる。

図2の(a)および(b)は他の例示的な実施形態による光スイッチ200を示している。光スイッチ200の構造は、入力部210、導波路250および検出器230が赤外線波長などの特定波長の光を伝送し検出するように構成され得ることを除いて、図1の(a)〜(c)について記載した構造に類似している。例えば、指270などの外部物体が入力部210に近接配置されていない場合、検出器230は赤外線波長などの特定の波長が入力部210内に存在していないことを検知する。このように、入力部210を通過する光は、第1の光学特性、例えば、特定波長の不在を有することができる。検出器230は光の第1の光学特性を検出することができる。

図2(b)に示すように、指270が入力部210に接近するとき、指270から発せられる赤外光が入力部210内へ伝送され得る。赤外光は入力部210を通過して検出器230によって検出される。図2(b)に示すように、導波路250は、赤外光を入力部210から検出器230へ方向付けるために使用することができる。このように、入力部210を通過する光は、第2の光学特性、例えば、赤外線波長を有する光の存在を有することができる。検出器230は光の第2の光学特性を検出することができる。

図3の(a)〜(d)は他の例示的な実施形態による光スイッチ300を示している。図3(a)に示すように、光スイッチ300は、検出器330および光源375に近接配置されている基板320上に配置された入力部310を含む。更に、光スイッチ300は、入力部310を光源375および検出器330のそれぞれに光結合させる導波路部350aおよび350bを含むことができる。

光源375は、入力部310内へ発光することが可能な任意のデバイスであってよい。具体的には、光源375は入力部310と検出器330に光結合されて入力部310を通過する光源370からの光の光学特性の変化を検出することができる。例えば、入力部310が非遮蔽状態にある間、光源375から放たれた光は入力部310を通過して検出器330へ進み、この検出器330によって放たれた光390が検出される。或いは、入力部310を通過する光が、例えば、入力部310を覆うユーザの指370によって遮蔽された場合、入力部310を通過して検出器330へ進む放たれた光390はこの遮蔽物によって吸収または反射されることから、検出器330は放たれた光390の吸収および/または反射に起因する光学特性の変化を検出する。

一実施形態において、入力部310を覆うユーザの指370が存在することで、入力部310を通過する光の経路を変えることができる。例えば、ユーザの指370が入力部310と接触することで入力部の内部反射特性、ひいては入力部で内部反射する光量を変えることができる。これによって、入力部310を通過する光量は入力部310を通過する光の光学特性を変えることができる。検出器330は入力部を通過する光の光学特性の変化を検出することができる。

光源375は発光可能な任意の光源であってよい。光源375の例としては発光ダイオード(LED)、レーザ、白熱灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、ガス放電、周囲の採光、鯨油の提灯、燐光苔などが挙げられる。光源は、ある一定の波長を許容/制限することができるように材料の光学特性に応じて適合される。光源375は導波路部350a内へ導光することができるレンズ部380を含むことができる。

図3(b)は、光スイッチ300を示す図3(a)のB−B ′線断面図である。図3(b)に示すように、動作中、放たれた光390は導波路部350aを介して伝搬され入力部310内へ入射される。非遮蔽状態において、放たれた光390は、入力部310を通過して導波路部350bへ進む。図3(b)に示すように、入力部310を通過する光は導波路部350bによって検出器330へ導光される。検出器330は、入力部310が遮蔽されていない間、入力部310を通過する放たれた光390を検出し、その検出結果を入力部の非遮蔽時に対応するベースライン示度として使用することができる。

図3(c)は、入力部がユーザの指370と接触していることを除けば、光スイッチ300を示す図3(a)のB−B′線断面図と同じである。指310が入力部310を遮蔽または被覆しているので、放たれた光390は、指310が入力部310に非接触であった場合とは異なるように吸収および/または反射される。従って、検出器に渡される光の光学特性はその光学特性の変化に影響される。例えば、検出器330に伝送される光の倍率が低下することもある。

図3(c)に示すように、ユーザの指370に接触している入力部310は、入力部310を通過する放たれた光390の光学特性の変化を付与する。この変化は、導波路部350bが、導波路部350aを通過する光に比較して小なる倍率および異なる内部反射パターンを有することによって顕著になる。従って、検出器330は入力部310を通過する放たれた光390の光学特性の変化を検知することができる。

図3(d)は、他の例示的な実施形態による光スイッチ300を示している。図3(d)に示した実施形態において、入力部310は指370などの外部物体との接触に応答して変形する材料から形成することができる。よって、指370は入力部310と非接触であるとき、検出器370は光源375から放たれた光390を検知し入力部310を通過する光に対するベースライン示度を判断することができる。非変形の入力部310は第1の光学特性の光を生じることができる。そうでない場合、図3(d)に示すように、指370が入力部310と接触するとき、入力部310の表面は変形する。この変形は入力部310の光学特性を変化させ、第2の光学特性の光を生じる。

図3(d)に示すように、入力部310が変形している間、この変形は光に対して第2の光学特性を付与することができる。例えば、入力部310を通過する光の一部が指370によって反射および/または吸収され得る。従って、図3(d)における導波路部350bを通過する放たれた光390は導波路部350bを通過する光より小なる倍率および異なる内部反射パターンを有している。よって、検出器330は入力部310を通過する放たれた光390の光学特性の変化を検出することができる。

図4(a)は、例示的な実施形態による、光源475と検出器430がコントローラ435に結合されている光スイッチ400(a)を示す図である。図4(a)に示すように、光源475は導波路450(a)を介して光を入力部410へ伝送する。入力部410を通過する光は導波管450(b)を介して検出器430へ伝送される。

図4(b)は例示的な実施形態による光スイッチ400(a)を示しており、検出器430だけがコントローラ435に結合されている。図4(b)に示すように、入力部410を通過する光は導波路450を介して検出器430へ伝送される。

コントローラ435は、いつ光学特性の変化が発生するかを判断するために光源475を駆動しおよび/または検出器430を監視することが可能である任意のデバイスであってよい。コントローラ435は、入力部410と同じ基板上またはこれから離れて形成されるかまたは任意の他の基板上に形成することができる。コントローラ435は光源475および検出器430の両方にまたは検出器430だけに結合されることができる。検出部430および光源475は任意の技術を用いて光スイッチに結合されることができる。例えば、検出器430および光源475は、光スイッチおよび/または基板に取り付けることができる予め形成された可撓性の受光器を介して光スイッチに光結合されることができる。受光器は光スイッチへ入射および/または出射する光を方向付けることができる。

従って、コントローラ435は、光源475から放たれた光490を導波路部450(a)へ選択的に印加することができる。また、制御部435は、検出器430へ入射された放たれた光490において検知された変化に応答して検出器430から受信した出力電圧における変化を検出することができる。光源475および検出器430はコントローラ435と同じ基板、或いは、任意の数の基板に載置することができる。

図5の(a)および(b)は、複数の入力部510を動作に必要とする検出器530をより少なくするように入力部510を配置した光スイッチ500の例示的な構造を示している。図5(a)に示した構成は、それぞれの収束部551で選択的に収束する導波路550に結合される五つの入力部510を含む。図示したように、入力部510(1)および510(2)からの光は収束部551(1)内へ方向付けられるが、入力部510(2)、510(3)、510(4)からの光は収束部551(2)内へ方向付けられ、入力部510(4)、510(5)からの光は収束部551(3)内へ方向付けられる。検出器530は少なくとも(1)入射光の不在、(2)低い強度の入力信号、および(3)高い強度の入力信号を検出することが可能である。

動作上、検出器530または対応するコントローラ(図示せず)は、どの光ボタンが押下げられたかを判断するために収束部551においてそれぞれの光強度を比較することができる。図5(b)は、合計で5つの入力部510と3つの検出器530を含む例示的な実施形態による光スイッチ500のための例示的なコントロール方式を表す真理値表を示している。入力部510の一部は、所与の入力部510の光学特性の変化が一つではなく複数の検出器530によって検出することができるように複数の検出器530に結合されている。入力部510は、それに結合された各検出器530が入力部510を通過する光の光学特性における様々な変更または異なる度合いの変更を検出することができるように構成されている。

図5(b)の表中の「H」の値は入力部510を通過する光の光学特性の検出された変化の第1のタイプを表し、「L」の値は、入力部510を通過する光の光学特性の検出された変化の第2のタイプを表している。例えば、「H」の値は検出器530が受信した高強度信号の強度の変化を表し、「L」の値は検出器530が受信した低強度信号の強度の変化を表している。高強度信号は関連する導波路部550が検出器530に直接結合されるようにいくつかの入力部510を形成することによって達成され得る。低強度信号は、関連する導波路部550が間接的または部分的に検出器530に結合されるようにいくつかの入力部510を形成することにより達成され得る。このコントロール方式によれば、図5(a)に示した3つの検出器は、図5(b)に示すように、5つの入力部510のいずれかの遮蔽/非遮蔽状態を見分けることができる。従って、図5に示したレイアウトは多重光回路図を表していると見なされる。この構成によれば、どの入力部510が遮蔽されているかを判断するために必要な検出器530の数を減らすことでより良い効率性と低コストが実現される。

図6は、光スイッチ600の別の例示的な配置を示す図である。図6に示すように、複数の光スイッチ600は複数の入力部610および複数の導波路部650を有している。図6に示していないが、複数の導波路部650aは複数の光源675を入力部610に結合することもできる。図6に示すように、入力部610はマトリックスやキーボード構成などの一連の行と列で配置することができ、その際、導波路部650は行と列の間およびその配置の辺周りを通過する。図6は、キーパッド状の配置を示しているが、本発明の例示的な実施形態はこの配置に限定されない。検出器630が一つの入力部から他の入力部への遮蔽/非遮蔽状態の変化を見分けることができる間、導波路部650は相互にオーバーラップすることができる。例えば、導波路部650は少なくとも互いの導波路部の間にクラッド層を形成して導波路部650を相互から離間させて互いにオーバーラップすることができる。

図7は、光スイッチ100を作成し使用する例示的方法を概略的に示す流れ図である。この方法は、ステップS701において、基板120へパターンをプリントすることから開始される。ステップS701のプリントはインクジェット印刷、オフセットプレス印刷、電子写真印刷、パッド印刷や塗装を含む任意の公知の従来技術のプリント方法によって達成される。ステップS701におけるプリントは基板120上にパターンを形成し、このパターンはスクリーン印刷、静電転写、圧力転写、およびレジストエッチングを含む任意の公知の技術によって形成される。更に、材料が蒸着後にパターン化されてもよいし、そうでなければ、選択的に蒸着されてもよい。ステップS701におけるプリントは、プライミング、混合、プリントおよび硬化ステップなどの複数のサブステップを含むこともできる。ステップS701の最後に、光スイッチ100は基板120上に形成される。

次に、ステップS702において、ベースライン示度を確立することができる。ベースライン示度は検出器130による示度であり、入力部110を通過して導波路150を介して検出器130へ入射する光の量に基づいて光スイッチ100の現在の動作条件を設定するために用いられる。これに代えて、周囲検出器160もベースライン示度を確立することができる。周囲検出器160は導波路部150に結合されてベースラインを確立し、または別のチャンネルを経由して周囲状態を検知することができる。

ステップS703において、入力部を通過する光の光学特性が検出される。例えば、検出器130は、入力部110から導波路150を透過した光を周期的に検出しかつ入力部110を通過する光の量の現在の示度を確立することができる。ステップS703は、より良い精度の示度を得るためにステップS702のベースライン示度を考慮に入れてもよい。例えば、コントローラ435は、2つの示度の差を判定するために確立されたベースラインと現在の示度を比較することもできる。現在の示度とベースライン示度の差が所定のしきい値を上回る場合、コントローラ435は光スイッチ100が起動されたと判断して、ステップS704へ進む。現在の示度とベースライン示度の差が所定のしきい値を上回らない場合、コントローラ435は光スイッチ100が起動されなかったと判断して、ステップS705に進む。

ステップS704において、コントローラ435は、光スイッチが起動されたと判断して、その後、光スイッチ100の起動に関連する任意の対応する機能を実行する。光スイッチ100の起動に関連する行動は少なくとも2値入力に応答する任意の行動であってよい。例えば、行動はキーパッドのキーが押下げられたことや電源スイッチが起動されたことを登録することであり、これによってデバイスをターンオンする必要がある。要求された行動を終了した後、方法はステップS705へ進む。

ステップS705において、コントローラ435は検出フラグが設定されているか否かを判断する。検出フラグは、図7に示す方法が終了されるかまたは繰り返されるかのいずれかを定義する所定の条件である。各ケースにおいて、ステップS705は、フラグが設定されているか否かを判断する。検出フラグはコントローラのメモリに格納される。検出フラグが設定されている場合、コントローラ435は、光スイッチ100が起動されていたか否かを判断した後、ステップS702のベースライン示度を確立するステップへ戻る。一方、検出フラグが設定されていない場合、光スイッチ100が押下げられていなかったか否かを判断した後、コントローラは光スイッチの作成および使用方法を終了する。

以上、説明した実施形態のいずれかの改良された実施例として、光スイッチ100〜600のいずれかは導波路部を形成するトレース上に形成されたクラッド層を含むことができる。クラッド層は導波路部内の光を保持し周囲光が導波路部に入ることを阻止するという二重の役割を果たすことができる。

なお、以上開示してきた様々な特徴および機能のみならず様々な他の特徴および機能またはその代替が望ましくは数多くの他の異なるシステムやアプリケーションに組み合わせられてもよいことが理解されよう。また、様々な現在の段階では予測されないが今後発生することが予想される様々な代替、変更、変形または改変が本発明の開示以降も当業者によって実行され得るが、それらはまた、以下に記載されている特許請求の範囲に含まれるものとする。