(57)【要約】【課題】導光型光学部材を用いた光ポインティング装置において、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置を提供する。【解決手段】導光型光学部材としてのカバー部２４を用いた光ポインティング装置３０において、カバー部２４の裏面に、光源１６から出射された光が結像素子１４を経ずに撮像素子１５に入射する光の経路を変える迷光防止プリズム１９Ａを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に光を照射する光源と、該被写体からの反射光を反射させて内部を導光させる導光型光学部材と、該導光型光学部材によって導光された光を受光する撮像素子とを備えた光ポインティング装置であって、
上記導光型光学部材は、導光される光を上記撮像素子に導く結像反射部を有し、
さらに、上記光源および撮像素子が設けられる上記導光型光学部材の裏面に、上記光源から出射された光が結像反射部を経ずに撮像素子に入射する光の経路を変える迷光防止部を備えることを特徴とする光ポインティング装置。
【請求項２】
上記導光型光学部材は、上記結像反射部と、上記被写体が接触する接触面と、上記被写体からの反射光の方向を変換させて上記結像反射部に導く光路変換部とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ポインティング装置。
【請求項３】
上記迷光防止部は、導光された光を屈折させるプリズムであることを特徴とする請求項１または２に記載の光ポインティング装置。
【請求項４】
上記迷光防止部は、導光された光を散乱させる屈折面からなることを特徴とする請求項１または２に記載の光ポインティング装置。
【請求項５】
上記迷光防止部は、遮光された光を遮光する遮光部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の光ポインティング装置。
【請求項６】
上記迷光防止部は、上記接触面、結像反射部、光路変換部と共に、一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光ポインティング装置。
【請求項７】
上記プリズム表面に、導光された光を反射する反射膜が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光ポインティング装置。
【請求項８】
上記結像反射部は、球面、非球面、または、導光方向の面の曲率と導光方向と直交する面の曲率とが互いに異なるトロイダル面を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ポインティング装置。
【請求項９】
上記光路変換部は、上記被写体からの反射光を屈折させるプリズム、上記被写体からの反射光を偏向させる反射型回折素子、反射型フレネルレンズ、または反射型ホログラムレンズのいずれかからなることを特徴とする請求項２に記載の光ポインティング装置。
【請求項１０】
上記導光型光学部材は、上記被写体が接触する接触面以外の表面領域に、外部からの光を遮光する遮光膜を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ポインティング装置。
【請求項１１】
上記撮像素子は、基板上に設けられていると共に、透明樹脂により樹脂封止されており、
上記導光型光学部材が、上記透明樹脂の表面および側面に当接していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光ポインティング装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光ポインティング装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ポインティング装置およびそれを備える電子機器に関するものであり、より詳細には、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯情報端末（電子機器）に搭載可能な入力装置としての光ポインティング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機やＰＤＡ等の携帯情報端末に代表される小型の電子機器では、一般的に、情報を入力するユーザインターフェースとしてキーパッドが採用されている。キーパッドは、通常、数字および文字を入力するための複数個のボタンと方向ボタン（十字キー）とで構成されている。また、近年では携帯情報端末のディスプレイ部にグラフィック等の表現が可能となることに伴い、ユーザに対する情報の表示方式として、主に、ディスプレイ部を二次元で用いるＧＵＩ（Graphical User Interface）が採用されるようになってきている。
【０００３】
このように、携帯情報端末が高機能化し、コンピュータと同等の表示機能を備えることにより、メニューキーおよびその他の機能キーを方向キーとして用いる従来の携帯情報端末の入力手段では、ＧＵＩで表現されたアイコン等の選択には適しておらず、不便である。そのため、携帯情報端末においても、コンピュータに用いられているボール式マウスまたは光学式マウス等のマウスやタッチパッド、タブレットのように、直感的な操作を可能とするポインティング装置が求められるようになってきている。
【０００４】
しかしながら、携帯情報端末は携帯することを前提としているため、本体と分離した別途のポインティング装置を携帯情報端末のポインティング装置として採用するには支障を来たす。また、トラックボール型（Track Ball-Type）のポインティング装置は、物理的に一定以上の三次元空間を占有するため、薄型かつ小型の携帯情報端末には採用し難いという問題がある。
【０００５】
そこで、携帯情報端末に搭載可能なポインティング装置として、ポインティング装置に接触する被写体（例えば、指先等）を撮像素子で観察し、接触面における被写体の模様（例えば、指紋等）の変化を抽出することによって、被写体の動きを検知する光ポインティング装置が提案されている。つまり、被写体にて反射された光によって形成された被写体の像をイメージセンサ等の撮像素子で連続的に撮像し、撮像した画像データにおける直前に撮影した画像データに対する変化量を抽出し、該変化量に基づいて被写体の動きを算出し、電気信号として出力する光ポインティング装置が提案されている。この光ポインティング装置を用いることによって、ディスプレイ上に示されたカーソル等を被写体の動きに合わせて移動させることができる。
【０００６】
例えば特許文献１には、光源から出射され、被写体にて反射された光を水平方向（装置を水平に載置した場合）に反射する反射鏡と、水平の光線経路上に対向して垂直に設置された集光レンズおよびイメージセンサ（撮像素子）とを備える光ポインティング装置が記載されている（特許文献１の要約書を参照）。
【０００７】
特許文献１の光ポインティング装置においては、反射鏡が設けられたブロック状の遮光壁で、光源から出射された光が直接、イメージセンサに入射しないように遮光される構成となっている。つまり、光を反射鏡でイメージセンサに導く特許文献１の光ポインティング装置においては、光源から出射された光が被写体で反射することなく迷光（規定の光線経路を通過しない光）となってイメージセンサに受光されることを容易に防止することができる構成となっている。
【０００８】
一方、近年、携帯電話に見られる機器の小型化や、複数の機能を有する機器に見られる高集積化に伴い、入力デバイスの小型化、薄型化が要求されている。そのため、小型化、薄型化をした光ポインティング装置が提案されている（特許文献２，３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８−５０７７８７号公報（２００８年３月１３日公開）
【特許文献２】特開２００８−２２６２２４号公報（２００８年９月２５日公開）
【特許文献３】特表２００８−５１０２４８号公報（２００８年４月３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２〜３に記載された小型化および薄型化された光ポインティング装置では、光学系等が小さくなったり、容量が小さくなるなどのために、特許文献１に記載されたようなブロック状の遮光壁等を設けることができないので、迷光を遮光することができないという問題点を有している。迷光が撮像素子に受光されると、被写体で反射した光（散乱光）を撮像素子が受光したときに、迷光の影響によって、該光（散乱光）を充分に認識することができず、光ポインティング装置の性能が低下してしまう。それゆえ、迷光が撮像素子に受光されることを防止するための対策が求められている。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、薄型の光ポインティング装置においても、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置、およびそれを備える電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光ポインティング装置は、上記の課題を解決するために、被写体に光を照射する光源と、該被写体からの反射光を反射させて内部を導光させる導光型光学部材と、該導光型光学部材によって導光された光を受光する撮像素子とを備えた光ポインティング装置であって、上記導光型光学部材は、導光される光を上記撮像素子に導く結像反射部を有し、さらに、上記光源および撮像素子が設けられる上記導光型光学部材の裏面に、上記光源から出射された光が結像反射部を経ずに撮像素子に入射する光の経路を変える迷光防止部を備えることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、導光型光学部材に、光源から出射された光が被写体で反射することなく直接撮像素子に入射する光に対する対策（迷光対策）が施されている。すなわち、導光型光学部材の裏面に、光源から出射された光が被写体で反射することなく撮像素子に入射するのを防ぐ迷光防止部が形成されている。これにより、光源から出射された光のうち、迷光の原因となる被写体で反射されなかった光が迷光防止部に到達すると、迷光防止部から出射するときに経路が変化する。従って、光源から出射された光が被写体で反射することなく迷光となることを防止することができるという効果を奏する。
【００１４】
また、上記の構成によれば、導光型光学部材の裏面に迷光防止部が形成されているため、薄型の光ポインティング装置においても迷光を防止することができる。
【００１５】
それゆえ、薄型の光ポインティング装置においても、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減することのできる光ポインティング装置を提供することができるという効果を奏する。
【００１６】
なお、迷光防止部は、被写体を検知するための信号光の経路を避けて設けることが好ましい。これにより、信号光の検知感度を低下させることなく、迷光が撮像素子に入射するのを防ぐことができる。
【００１７】
本発明の光ポインティング装置では、上記導光型光学部材は、上記結像反射部と、上記被写体が接触する接触面と、上記被写体からの反射光の方向を変換させて上記結像反射部に導く光路変換部とが一体に形成されていることが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、導光型光学部材が、被写体が接触する接触面と、導光される光を結像反射部に導く結像反射部と、接触面で反射された被写体からの反射光の光路を変換させて結像反射部に導く光路変換部とを備えており、これらが一体的に形成されている。すなわち、光ポインティング装置において必須の構成である光学系が、一体的に形成されている。これにより、光学系の光路長を長く取り、収差を抑えるようにしても、導光型光学部材の垂直方向の長さを光路長に比較して小さくすることができる。従って、光ポインティング装置のさらなる小型化，薄型化を実現することができる。また、一体成形することによって、導光型光学部材を高精度に組み立てることができると共に、部品点数を削減することもできる。
【００１９】
本発明の光ポインティング装置では、上記迷光防止部は、導光された光を屈折させるプリズムであってもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、迷光防止部がプリズムからなっているため、迷光防止部によって、迷光の原因となる被写体で反射されなかった光源光が、特定の方向に反射する。従って、光源から出射された光が被写体で反射することなく迷光となることを、確実に防止することができる。
【００２１】
本発明の光ポインティング装置では、上記迷光防止部は、導光された光を散乱させる屈折面からなっていてもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、迷光防止部が屈折面からなっているため、迷光防止部によって、迷光の原因となる被写体で反射されなかった光源光が、屈折する。従って、光源から出射された光が被写体で反射することなく迷光となることを、確実に防止することができる。
【００２３】
本発明の光ポインティング装置では、上記迷光防止部は、遮光された光を遮光する遮光部材からなっていてもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、迷光防止部が遮光部材からなっているため、迷光防止部によって、迷光の原因となる被写体で反射されなかった光源光が遮光される。従って、光源から出射された光が被写体で反射することなく迷光となることを、確実に防止することができる。
【００２５】
なお、遮光部材は、黒系の膜からなっていることが好ましい。黒系の膜は光を吸収する性質を有しているので、迷光防止部によって、迷光の原因となる被写体で反射されなかった光源光が、吸収される。従って、確実に、迷光による影響を低減して、被写体の検知精度の高い光ポインティング装置を提供することができる。
【００２６】
本発明の光ポインティング装置では、上記迷光防止部は、上記接触面、結像反射部、光路変換部と共に、一体に形成されていることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、迷光防止部が、導光型光学部材の光学系と共に一体的に形成されている。従って、導光型光学部材および迷光防止部を高精度に組み立てることができると共に、部品点数を削減することもできる。
【００２８】
本発明の光ポインティング装置では、上記プリズム表面に、導光された光を反射する反射膜が形成されていることが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、プリズムの表面に反射膜が形成されているため、迷光防止部によって反射できる角度範囲を広げることができる。従って、光源から出射された光が被写体で反射することなく迷光となることを、確実に防止することができる。
【００３０】
本発明の光ポインティング装置では、上記結像反射部は、球面、非球面、または、導光方向の面の曲率と導光方向と直交する面の曲率とが互いに異なるトロイダル面をしていてもよい。
【００３１】
上記の構成によれば、結像反射部が、球面、非球面、またはトロイダル面を有する。これにより、光ポインティング装置の光学系の構成から発生する球面収差やコマ収差等の光学収差、及び撮像素子上に投影される像の歪量に基づいて、結像反射部の曲率を球面、非球面又はトロイダル面に適宜設定することによって、光ポインティング装置の導光型光学部材の光学特性をさらに向上させることができる。
【００３２】
本発明の光ポインティング装置では、上記光路変換部は、上記被写体からの反射光を屈折させるプリズム、上記被写体からの反射光を偏向させる反射型回折素子、反射型フレネルレンズ、または反射型ホログラムレンズのいずれかから構成されていてもよい。
【００３３】
上記の構成によれば、光路変換部がプリズム（全反射面）から構成されるため、容易に光路変換部を構成することができる。また、プリズムは、入射光を全反射させるので、後述する反射型回折素子、反射型フレネルレンズ又は反射型ホログラムレンズ等の光路偏向手段に対して、光の利用効率が一番高い。この結果、撮像素子上に投影される像が明るくなるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３４】
一方、光路変換部が反射型回折素子、反射型フレネルレンズ、または反射型ホログラムレンズから構成される場合（つまり、光路変換部が被写体からの反射光の方向を偏向させて結像手段に導く光路偏向部である場合）、プリズム等の全反射による光路変換部よりも光の利用効率は落ちる。しかし、特に導光型光学部材の裏面に、光路偏向部を成形する場合には、そのための凹部を形成することなく、光路偏向部の機能を含む導光型光学部材を成形することができる。よって、凹部が形成されるプリズム等の全反射による光路変換部に比べて、凹部を形成する必要がなくなるので、導光型光学部材の厚さを薄くかつ均一にすることができる。従って、導光型光学部材の薄型化（つまり、光ポインティング装置の薄型化）を実現できる。
【００３５】
加えて、光路変換部が反射型ホログラムレンズの場合、結像反射部にて補正しきれない収差を補正する役割を持たせることができる。これにより、結像反射部の結像性能が向上し、撮像素子にて被写体の像を鮮明に撮像することができる。
【００３６】
本発明の光ポインティング装置では、上記導光型光学部材は、上記被写体が接触する接触面以外の表面領域に、外部からの光を遮光する遮光膜を備えることが好ましい。
【００３７】
光ポインティング装置外部から入射する光は、光ポインティング装置にとっては、被写体を検知するために必要のない外乱光となる。
【００３８】
上記の構成によれば、導光型光学部材の被写体側の面に、被写体が接触する接触面を避けて遮光膜が形成されている。これにより、遮光膜によって、外乱光の影響を抑制することができる。従って、撮像素子によって結像される像のコントラストが向上する。
【００３９】
本発明の光ポインティング装置では、上記撮像素子は、基板上に設けられていると共に、透明樹脂により樹脂封止されており、上記導光型光学部材が、上記透明樹脂の表面および側面に当接していることが好ましい。
【００４０】
上記の構成によれば、導光型光学部材が、基板上に設けられた撮像素子を封止する透明樹脂に当接している。これにより、導光型光学部材と撮像素子との平行度を維持しつつ、高精度に導光型光学部材を配置することができる。つまり、光ポインティング装置を構成する各部・各素子を精度良く配置することができる。従って、被写体の検知精度の高い光ポインティング装置を実現することができる。
【００４１】
本発明の電子機器は、上記の課題を解決するために、前記いずれかの光ポインティング装置を備えることを特徴としている。
【００４２】
上記の構成によれば、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置を備えた電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００４３】
以上のように、本発明の光ポインティング装置および電子機器は、上記導光型光学部材は、上記被写体が接触する接触面と、導光される光を上記撮像素子に結像反射部に導く結像反射部と、上記被写体からの反射光の方向を変換させて上記結像反射部に導く光路変換部とが一体に形成されていると共に、さらに、上記光源および撮像素子が設けられる上記導光型光学部材の裏面に、上記光源から出射された光が結像反射部を経ずに撮像素子に入射する光の経路を変える迷光防止部を備える構成である。それゆえ、薄型の光ポインティング装置においても、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減することのできる光ポインティング装置および電子機器を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態における光ポインティング装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の光ポインティング装置におけるカバー部の裏面の構造を示す斜視図である。
【図３】光ポインティング装置の迷光防止効果を比較する図であり、（ａ）は迷光防止構造を有さない光ポインティング装置の断面図であり、（ｂ）は迷光防止構造を有する光ポインティング装置の断面図である。
【図４】図１の光ポインティング装置が備える反射膜における光の波長に対する透過率および反射率を示す図である。
【図５】図１の光ポインティング装置の組立方法を説明する斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における光ポインティング装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】図６の光ポインティング装置における回折素子の形状および回折素子の溝パターンを示す図である。
【図８】図６の光ポインティング装置における回折素子の形状を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態における光ポインティング装置の概略構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態における電子機器を示す図であり、本発明の光ポインティング装置を搭載する携帯電話機の外観を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の各実施形態について、光源モジュールとしてＬＥＤを用いた光ポインティング装置を例として説明する。本発明の光ポインティング装置は、指先等の被写体に対して光を照射し、該被写体から反射された光を受光することによって、被写体の動きを検知するものである。以下、各実施形態の光ポインティング装置の構成について具体的に説明する。また、同一の機能および作用を示す部材については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４６】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態について図１〜５に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態の光ポインティング装置３０の概略断面構造図である。図１に示すように、光ポインティング装置３０は、基板部２６およびカバー部（導光型光学部材）２４を備える。基板部２６は、回路基板２１、光源１６、撮像素子１５および透明樹脂２０から成る。カバー部２４は、接触面１１、傾斜面１３を形成する折り曲げ素子１２（光路変換部，プリズム）、結像素子（結像反射部）１４および反射面１７・１８（光路変換部）を含む。カバー部２４の接触面１１に接触している被写体１０は、指先等の被写体であり、光ポインティング装置３０が指の指紋の動きを検知する対象物である。なお、ここでは光ポインティング装置３０に対する被写体１０の状態をわかりやすくするために、被写体１０を光ポインティング装置３０に対して便宜的に小さく記載している。
【００４７】
ここで、光ポインティング装置３０の厚み方向（図１の縦方向）をＺ軸とし、光ポインティング装置３０の幅方向（図１の横方向）をＹ軸とする。光ポインティング装置３０の下部から上部に向かう方向をＺ軸の正方向とし、光源１６から撮像素子１５に向かう方向をＹ軸の正方向とする。また、Ｚ軸の正方向を垂直方向、Ｙ軸の正方向を水平方向とも称する。なお、図示していないが、光ポインティング装置３０の奥行き方向をＸ軸とし、図１に示す光ポインティング装置３０の奥側から手前側に向く方向をＸ軸の正方向とする。
【００４８】
まず、基板部２６の構成について説明する。本実施形態では、１つの回路基板２１上に光源１６と撮像素子１５を搭載している。光源１６および撮像素子１５は、ワイヤボンドまたはフリップチップ実装にて回路基板２１と電気的に接続されている。回路基板２１には、回路が形成されている。当該回路は、光源１６の発光タイミングを制御したり、撮像素子１５から出力された電気信号を受けて、被写体の動きを検知したりするものである。回路基板２１は、同一材料からなる平面状のものであり、例えば、プリント基板やリードフレーム等から成る。
【００４９】
光源１６は、カバー部２４の接触面１１に向けて光を照射するものである。光源１６から照射された光Ｍは、透明樹脂２０を介してカバー部２４の折り曲げ素子１２により屈折されて進行方向が変換されて接触面１１に到達する。つまり、光Ｍは、接触面に対して斜め方向から（接触面に対して或る入射角で）入射する。後述のようにカバー部２４は、空気よりも屈折率が大きい材質であるため、接触面１１に到達した光Ｍは、接触面１１上に被写体１０が無い場合、その一部が接触面１１を透過し、残りの一部が接触面１１で反射する。このとき、光Ｍの接触面１１に対する入射角が全反射の条件を満たす場合、光Ｍは、接触面１１を透過せず、全て接触面１１で反射しカバー部２４内に向かう。一方、接触面１１上に被写体１０がある場合、光Ｍは、接触面１１と接している被写体１０の表面で反射し、カバー部２４に入射される。光源１６は、例えばＬＥＤ等の光源で実現され、特に高輝度の赤外発光ダイオードで実現されることが好ましい。
【００５０】
撮像素子１５は、光源１６が照射した、被写体１０で反射された光Ｌを受光し、受光した光に基づいて接触面１１上の像を結像し、画像データに変換するものである。具体的に、撮像素子１５は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等のイメージセンサである。撮像素子１５は、不図示のＤＳＰ（Digital Signal Processor：算出部）を含み、受光した光をＤＳＰに画像データとして取り込む。撮像素子１５は、回路基板２１の指示に従って、接触面１１上の像を一定の間隔で撮影し続ける。
【００５１】
接触面１１上に接している被写体１０が移動した場合、撮像素子１５が撮影する画像は、その直前に撮影した画像とは異なる画像となる。撮像素子１５は、ＤＳＰにおいて、撮影した画像データとその直前の画像データとの同一箇所の値をそれぞれ比較し、被写体１０の移動量および移動方向を算出する。すなわち、接触面１１上の被写体１０が移動した場合、撮影した画像データは、その直前に撮影した画像データに対して所定量ずれた値を示す画像データである。撮像素子１５は、ＤＳＰにおいて、該所定量に基づいて被写体１０の移動量および移動方向を算出する。撮像素子１５は、算出した移動量および移動方向を電気信号として回路基板２１に出力する。なお、ＤＳＰは、撮像素子１５内ではなく、回路基板２１に含まれるものであってもよい。その場合、撮像素子１５は、撮像した画像データを順番に回路基板２１に送信する。
【００５２】
撮像素子１５の処理をまとめると、撮像素子１５は、接触面１１上に被写体１０が無い場合、接触面１１の像を撮像する。次に、接触面１１上に被写体１０が接触すると、撮像素子１５は、接触面１１と接している被写体１０の表面の像を撮像する。例えば、被写体１０が指先の場合、撮像素子１５は、指先の指紋の像を撮像する。ここで、撮像素子１５が撮像した画像データは、接触面１１上に被写体１０が無いときの画像データと異なる画像データとなっているため、撮像素子１５のＤＳＰは、接触面１１上に被写体１０が接触していることを示す信号を回路基板２１に送信する。そして、被写体１０が移動すると、ＤＳＰが直前に撮像した画像データと比較して、被写体１０の移動量および移動方向を算出し、算出した移動量および移動方向を示す信号を回路基板２１に送信する。
【００５３】
光源１６および撮像素子１５は、透光性樹脂からなる透明樹脂２０によって樹脂封止されている。透明樹脂２０の形状は、略直方体である。透明樹脂２０の底面は、回路基板２１の上表面と密着して接しており、光源１６および撮像素子１５にそれぞれ密着する凹部が形成されている。透光性樹脂として、例えば、シリコーン樹脂もしくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂またはアクリルやポリカーボネート等の熱可塑性樹脂が用いられる。
【００５４】
このように、回路基板２１上に搭載された光源１６および撮像素子１５がそれぞれ透明樹脂２０によって樹脂封止されているため、回路基板２１、光源１６、撮像素子１５および透明樹脂２０が一体となっている基板部２６が形成されている。そのため、光ポインティング装置３０の部品点数を減らすことができ、組み立て工程数も減らすことができる。よって、光ポインティング装置３０の製造コストを削減することができると共に、被写体の検知精度の高い光ポインティング装置３０を実現することができる。次に、カバー部２４の構成について説明する。カバー部２４は、光源１６および撮像素子１５などの光ポインティング装置３０を構成する各部・各素子を保護するものである。カバー部２４は、基板部２６の上側に位置し、基板部２６の側面および上表面に密着して接している。カバー部２４のＺ軸の負側の表面であって、基板部２６上に搭載され光ポインティング装置３０として形成されているときに外部に露出していない表面部分を、カバー部２４の裏面と称する。すなわち、カバー部２４の裏面における一部の当接面（当接面２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）は、基板部２６の側面および上表面と密着して接している。カバー部２４の底面（当接面２４Ｃ）は、基板部２６の底面と同一平面を形成している。カバー部２４の上表面とカバー部２４の底面（当接面２４Ｃ）および基板部２６の底面とは平行となっており、カバー部２４の両側面がカバー部２４の上表面、並びに、カバー部２４の底面（当接面２４Ｃ）および基板部２６の底面に対してある角度を持つ面で形成されている。つまり図１に示すように、光ポインティング装置３０の断面図において、台形状となっている。ただし、この形状に限るものではなく前記側面が底面に対して垂直になっていても構わない。
【００５５】
カバー側面の底部付近にはフランジ２５が設けられており、本発明の光ポインティング装置が機器に搭載され、指等の被写体によりカバー部２４の接触面１１からＺ軸の負方向側に押された場合に、図示しない基板部２６底面に設けられる板バネ状の接点スイッチによるＺ軸の正方向側へ生じる力をある位置で規制して、押ボタンスイッチとして必要な一定のストローク量を確保するために使用される。
【００５６】
接触面１１は、被写体１０が光ポインティング装置３０と接する面である。接触面１１は、カバー部２４の上表面であって、光源１６の上方に位置する。
【００５７】
折り曲げ素子（プリズム）１２は、光源１６の上方、且つ、接触面１１の下方に位置し、カバー部２４の裏面の基板部２６と接しない部分に位置する、カバー部２４の裏面の凹部を形成する。折り曲げ素子１２には、傾斜面１３が形成されており、該傾斜面１３とカバー部２４の上表面とがなす狭角を傾斜角度θとする。折り曲げ素子１２は、光源１６から照射された光Ｍを傾斜面１３で屈折させて、被写体１０に向かうように光Ｍの経路を変換するものである。また、折り曲げ素子１２は、被写体１０から反射された光Ｌを傾斜面１３で全反射させて、カバー部２４の内部であって、Ｙ軸の正方向に光Ｌの経路を変換するものである。傾斜面１３で全反射された、被写体１０から反射された光Ｌは、後述の反射面１７に向かう。このように、折り曲げ素子１２の傾斜面１３は、光Ｍを透過し、光Ｌを全反射するものである。そのため、カバー部２４には、光源１６の上方であって、カバー部２４と基板部２６との間の空間の屈折率より大きい屈折率である材質が用いられる。例えば、カバー部２４には、屈折率が１．５程度の可視光吸収タイプのポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂を用いて、上記空間は空気層とすればよい。つまり、折り曲げ素子１２の傾斜面１３には、光Ｌを全反射するために、アルミ反射膜などを蒸着していない。
【００５８】
結像素子（レンズ）１４は、被写体１０からの反射光Ｌを反射して、撮像素子１５上に被写体１０の像を結像するものである。結像素子１４は、撮像素子１５の上方、且つ、撮像素子１５よりＹ軸の正方向側に位置し、カバー部２４の裏面の基板部２６と接しない部分に位置する、カバー部２４の裏面の凹部を形成する。結像素子１４には、直交する２方向の曲率が異なるトロイダル面が形成されている。結像素子１４は、このトロイダル面で反射する光Ｌを撮像素子１５に結像するように反射している。結像素子１４において効率的に光Ｌを反射させるために、結像素子１４のトロイダル面には、金属（例えば、アルミ、ニッケル、金、銀、誘電体ダイクロ膜など）の反射膜を蒸着させる。尚、上記の説明では、結像素子１４にはトロイダル面が形成されているが、その代わりに例えば、球面、非球面等の反射体であって、撮像素子１５に結像できるものであれば使用することが可能である。
【００５９】
カバー部２４の底面（当接面２４Ｃ）側の前記折り曲げ素子（プリズム）１２の全反射面端部からＹ軸の正方向に、微細なプリズム構造からなる迷光対策用の迷光防止プリズム（迷光防止部）１９Ａが形成されている。また、図２はカバー部２４の底面（当接面２４Ｃ）側からの斜視図であるが、結像素子（レンズ）１４のＸ軸方向両サイドにも同様に微細なプリズム構造からなるアパーチャ１９Ｂが形成されている。これら効果を、図３を用いて説明する。図３は、迷光防止構造の効果を模式的に示す光ポインティング装置の断面図である。
【００６０】
図３（ａ）は、図１の光ポインティング装置３０において迷光防止プリズム１９Ａが無い場合の光ポインティング装置３００であり、図３（ｂ）は図１の光ポインティング装置３０である。なお、アパーチャ１９Ｂも、同様の微細構造を用いて結像素子１４のＸ軸方向における有効径外からの迷光・外乱光が撮像素子１５に入らずある特定方向に導くための構造であるが、迷光防止プリズム１９Ａと作用・効果は同じため、ここでは迷光防止プリズム１９Ａのみの説明を行う。一方、光源１６の光は光源の発光点からある拡がりを持って出射する。その出射光のうち、光Ｍは被写体１０で散乱反射されて、反射光Ｌとなって、撮像素子１５に入射する。しかし、Ｍ以外の光Ｎ１や光Ｎ２は、迷光防止プリズムが形成されていない図３（ａ）では、図示するがごとく、結像素子１４による光路を通らず迷光となって撮像素子１５に入射する。この場合、光路Ｌを通る光により撮像素子１５上に撮像された像を回路基板２１により画像処理された信号成分は、被写体１０が動いた場合、動いた量や方向に関する信号情報が得られる。これに対して、光路Ｎ１や光路Ｎ２を通る光による同様の像は、被写体１０が動いたとしても、動かない像しか得られないため、信号情報が得られないだけでなく、動く像に対して動かない像が重なり、像の動きを隠してしまうため、正確な信号情報が得られなくなる。（ここで、以下信号情報が得られる光路Ｌを通る光を信号光、信号光以外をノイズ光と称する。また、光ポインティング装置内部の光源で発生するノイズ光を迷光、光ポインティング装置外部から入射する光により発生するノイズ光を外乱光と定義する。）一方、迷光防止プリズム１９Ａを設けた図３（ｂ）では、図３（ａ）で発生していた迷光Ｎ１・Ｎ２が、Ｎ１’・Ｎ２’に変化して、カバー部２４外に反射され、回路基板２１等で吸収されてしまうため、ノイズ光とならない。この迷光防止プリズム１９Ａやアパーチャ１９Ｂは、図３に示した光源１６のＮ１・Ｎ２の角度の光以外にも効果があり、また光ポインティング装置３０内部に設けた光源１６からの迷光だけではなく、装置外からの外乱光にも効果がある。
【００６１】
迷光防止プリズム１９Ａやアパーチャ１９Ｂの微細プリズム構造は、一辺の大きさが３０〜１００μｍ程度で、形成角度も成形金型のアンダーカット方向にならないように適宜設定すれば良い。また、図示していないが、迷光防止プリズム１９Ａやアパーチャ１９Ｂに、金属（例えば、アルミ、ニッケル、金、銀、誘電体ダイクロ膜など）蒸着膜を付与して反射特性を持たせることで、プリズムの全反射角度以外の角度からくる迷光を撮像素子１５と反対方向に反射させたり、遮光膜（例えばカーボンブラックを混ぜ込んだ塗料やインクをインクジェットや印刷にて形成する）を付与してその場で迷光を吸収させることでも迷光対策効果を高めることが出来る。また、迷光対策用の微細プリズム構造と上記蒸着膜や遮光膜をハイブリッドすることも出来る。例えば、迷光対策を施したい箇所のすぐ近くに全反射面がある場合、大部分を蒸着膜や遮光膜で覆っても、覆っていないわずかな部分からの迷光が問題となる。これは、上記膜の形成精度が０．５ｍｍ〜１ｍと低く、全反射面に上記膜が少しでも付かないように、マスクを大きくする必要があるからであるが、金型の製造精度は上記値より１桁以上（１０μｍ程度）あるため、この膜が形成出来ない部分に微細プリズム構造を形成することは十分可能である。
【００６２】
また、迷光防止構造として、プリズム以外に凹凸のディンプル構造でも、作用は違うが入射した光がその場で散乱するため、強い光となって撮像素子１５に到達することは無くなるため、迷光防止作用は十分ある。
【００６３】
反射面１７は、傾斜面１３で全反射された光Ｌを結像素子１４に入射させ、結像素子１４から反射された光Ｌを撮像素子１５に入射させるために、光Ｌを反射するものである。反射面１７は、撮像素子１５の上方であって、カバー部２４の上表面に位置する。反射面１７は、カバー部２４の上表面に反射膜を蒸着させて形成される。反射面１７を形成する反射膜は、外部に露出しており使用者によく見えるため、外観上、できるだけ目立たない膜とすることが望ましい。例えば、光源１６が照射する光の波長が可視波長外の赤外波長（例えば、８００ｎｍ以上）の場合、反射面１７を形成する反射膜は、図４（ａ）に示す特性を有する赤外線反射膜であればよい。図４（ａ）は、各波長における透過率および反射率を示す図であり、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に透過率および反射率（％）が示されている。図示の点線が透過率を示し、実線が反射率を示す（以下、図４（ｂ）および（ｃ）も同様である）。反射膜の具体例として、反射面１７を形成する反射膜は、光源１６から照射された８００ｎｍ以上の波長帯の赤外光を反射し、８００ｎｍ以下の可視波長帯の光を透過するものであればよい。このように、光源１６が照射する光の波長と、反射面１７を形成する反射膜の反射率および透過率の特性を適宜設定することによって、被写体１０からの反射光Ｌを効率的に反射し、且つ、外観上は目立たない反射面１７を形成することができる。
【００６４】
また、光源１６が照射する光の波長が可視波長外の赤外波長（例えば、８００ｎｍ以上）の場合、カバー部２４は、図４（ｂ）に示す特性を有する材質で形成されることが好ましい。具体的には、カバー部２４の材質を赤外光のみを透過する可視光吸収型のポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂にすればよい。このような材質でカバー部２４を形成することによって、カバー部２４の外部から進入してくる不要光のうち、可視光成分をカバー部２４で遮断することができる。そして、上述のように、赤外光を反射する反射面１７を形成することによって、上記不要光のうち、赤外光成分を反射面１７で遮断することができる。光ポインティング装置３０に入射する不要光を遮断することによって、該不要光による誤動作を防ぐことができる。
【００６５】
さらに、光ポインティング装置３０の表面である、カバー部２４の表面に色目を付ける場合、例えば、カバー部２４の上表面および反射面１７の上表面に、図４（ｃ）に示すような所定の色（図示の例では、緑色）の波長帯のみを反射し、それ以外の波長を透過する特性を有する材料でコートすればよい。このような特性を有する材料でカバー部２４の上表面および反射面１７の上表面をコートすることによって、光ポインティング装置３０の光学特性を損ねることなく、光ポインティング装置３０の表面に所望の色を付けることができる。
【００６６】
反射面１８は、結像素子１４から反射されて反射面１７で反射された光Ｌを再度反射面１７に向けて反射するものである。反射面１８は、撮像素子１５の上方、且つ、撮像素子１５よりＹ軸の正方向側に位置し、カバー部２４の裏面に位置する。反射面１８は、カバー部２４の裏面に反射膜を蒸着させて形成される。反射面１８を形成する反射膜は、効率的に光を反射するものが好ましい。例えば、反射面１８は、アルミ、ニッケル、金、銀、誘電体ダイクロ膜などの金属を蒸着して形成される。
【００６７】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、基板部２６における撮像素子１５を封止する透明樹脂２０側面及び上表面を基準として、基板部２６の上方に、カバー部２４を組み立てている。そして、カバー部２４には、基板部２６の透明樹脂２０に当て決めを行うための基準となる当接面２４Ａ・２４Ｂが、接触面１１、折り曲げ素子１２や結像素子１４及びフランジ２５と一体的に形成されている。そのため、当接面２４Ａ・２４Ｂと、各接触面１１、折り曲げ素子１２や結像素子１４及びフランジ２５とが、金型公差で高精度に配置されている。
【００６８】
したがって、カバー部２４の当接面２４Ａ・２４Ｂを、基板部２６の透明樹脂２０の側面及び上面にコンタクトさせることによって、カバー部２４との位置関係を高精度に配置することができる。それゆえ、光ポインティング装置３０を構成する各部・各素子を精度良く配置することができるため、被写体１０の検知精度の高い光ポインティング装置３０を実現することができるものとなっている。
【００６９】
ここで、再度、光源１６から照射された光が被写体１０を反射して撮像素子１５に入射する経路を説明する。まず、光源１６から照射された光Ｍが、折り曲げ素子１２の傾斜面１３で屈折透過されて、接触面１１に到達する。接触面１１上に被写体１０がある場合、被写体１０の接触面１１に接している表面上で、光源１６から照射された光Ｍが散乱反射する。被写体１０の表面で反射された光Ｌは、折り曲げ素子１２の傾斜面１３で全反射されて、進路がＹ軸の正方向に変わる。傾斜面１３で全反射された光Ｌは、反射面１７で反射し、結像素子１４に到達する。そして、光Ｌは、結像素子１４で折り返し反射されて、反射面１７、反射面１８、反射面１７で次々と反射されて撮像素子１５に入射する。
【００７０】
このような光学系とすることで、光学系の光路長を長く取り、収差を抑えるようにしても、カバー部２４のＹ軸方向の長さを小さく光路長に比較して小さくすることが出来、小型化を図ることが出来る。
【００７１】
上述のように、本実施形態では、接触面１１、折り曲げ素子１２、結像素子１４、迷光防止プリズム１９Ａおよびアパーチャ１９Ｂがカバー部２４と一体で成形されている。そのため、光ポインティング装置３０の部品点数を減らすことができ、組み立て工程数も減らすことができる。また、カバー部２４を成形する金型を高精度で作成することにより、折り曲げ素子１２の傾斜面１３および結像素子１４、迷光防止プリズム１９Ａおよびアパーチャ１９Ｂを高精度に製造することができ、且つ、接触面１１、折り曲げ素子１２、結像素子１４、迷光防止プリズム１９Ａおよびアパーチャ１９Ｂの位置関係も金型精度で配置することができる。よって、光ポインティング装置３０の製造コストを削減することができると共に、被写体の検知精度の高い光ポインティング装置３０を実現することができる。
【００７２】
また、接触面１１、折り曲げ素子１２、結像素子１４とを、それぞれ別部品として組立てる場合、組み立て用の当接面、嵌合形状等の形状が必要となり、さらに迷光防止対策として、微細構造が形成できないため、遮光シート等別途アパーチャや迷光防止手段が必要になるため、それらを組み付けるための当接面、嵌合形状等の形状も必要となり、さらにそれぞれの相対位置関係を調整するためのマージンを確保する必要がある。一体とする場合は上記の形状が必要なく、必要最小限の光学面があれば、調整マージンも確保する必要がなく、接触面１１、折り曲げ素子１２および結像素子１４、迷光防止プリズム１９Ａおよびアパーチャ１９Ｂを含むカバー部２４の厚みを小さくすることができる。それゆえ、光ポインティング装置３０の厚みを小さくすることができる。
【００７３】
また、本実施形態では、基板部２６の透明樹脂２０側面および上表面を基準として、基板部２６の上方に、カバー部２４を組み立てている。それを、図５を用いて説明する。図５は、本発明第１の実施形態における光ポインティング装置の組立方を説明する模式図である。カバー部２４には、基板部２６の透明樹脂２０に当て決めを行うための基準となる当接面２４Ａ・２４Ｂ・２４Ｃが、接触面１１、折り曲げ素子１２や結像素子１４、迷光防止プリズム１９Ａ、アパーチャ１９Ｂおよびフランジ２５と一体的に形成されている。そのため、当接面２４Ａ・２４Ｂ・２４Ｃと、各接触面１１、折り曲げ素子１２や結像素子１４、迷光防止プリズム１９Ａ、アパーチャ１９Ｂおよびフランジ２５とが、金型公差で高精度に配置されている。カバー部２４を図５の矢印Ｐのように配置し、カバー部２４の当接面２４Ａ・２４Ｂ・２４Ｃに対して、基板部２６の透明樹脂２０の側面および上面（表面）とコンタクトさせることで、カバー部２４との位置関係を高精度に配置することができる。よって、光ポインティング装置３０を構成する各部・各素子を精度良く配置することができるため、被写体１０の検知精度の高い光ポインティング装置３０を実現することができる。
【００７４】
また、透明樹脂２０の側面上およびレンズ部を除く上表面上に遮光性樹脂を樹脂封止してもよい。また、透明樹脂２０の側面上、および被写体からの反射光Ｌが透過する箇所を除く透明樹脂２０の上表面上に遮光性樹脂を樹脂封止してもよい。遮光性樹脂として、透光性樹脂と同様に、例えば、シリコーン樹脂もしくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂またはアクリルやポリカーボネート等の熱可塑性樹脂が用いられる。ただし、遮光性樹脂は、透光性樹脂と異なり、カーボンブラックを含む。このように、透明樹脂２０の周囲に遮光性樹脂を樹脂封止することによって、光源１６から照射された光が直接、または、被写体１０ではない箇所で反射して、撮像素子１５に入射することを防ぐことができる。いわゆる、被写体１０からの反射光Ｌではない迷光が撮像素子１５に入射することを防ぐことができる。よって、迷光による光ポインティング装置３０の誤動作を防ぐことができ、高精度に被写体１０を検知することができる。
【００７５】
以上のように、本実施形態の光ポインティング装置３０は、カバー部２４の裏面（光源１６および撮像素子１５と対向する面）に、光源１６から出射された光が結像素子１４を経ずに撮像素子１５に入射する光の経路を変える迷光防止プリズム１９Ａを備えている。すなわち、カバー部２４に、光源１６から出射された光が被写体１０で反射することなく直接撮像素子１５に入射する光に対する対策（迷光対策）が施されている。これにより、光源１６から出射された光のうち、迷光の原因となる被写体１０で反射されなかった光が迷光防止プリズム１９Ａに到達すると、迷光防止プリズム１９Ａから出射するときに経路が変化する。従って、光源１６から出射された光が被写体１０で反射することなく迷光となることを防止することができるという効果を奏する。
【００７６】
また、迷光防止プリズム１９Ａは、カバー部２４の裏面に形成されているため、薄型の光ポインティング装置３０においても迷光を防止することができる。
【００７７】
それゆえ、薄型の光ポインティング装置においても、撮像素子１５にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減することのできる光ポインティング装置３０を提供することができるという効果を奏する。
【００７８】
しかも、光ポインティング装置３０は、接触面１１、折り曲げ素子１２、結像素子１４、迷光防止プリズム１９Ａおよびアパーチャ１９Ｂがカバー部２４と一体的に形成されている。すなわち、光ポインティング装置３０において必須の構成である光学系が、一体的に形成されている。これにより、光学系の光路長を長く取り、収差を抑えるようにしても、カバー部２４の垂直方向の長さを光路長に比較して小さくすることができる。従って、光ポインティング装置３０のさらなる小型化，薄型化を実現することができる。また、一体成形することによって、カバー部２４を高精度に組み立てることができると共に、部品点数を削減することもできる。
【００７９】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態について、図６に基づいて説明する。図６は、第２の実施形態の光ポインティング装置３０ａの概略断面構造図である。第２の実施形態では、第１の実施形態における、反射光Ｌを水平方向に全反射させる折り曲げ素子１２に換えて、回折素子１２’を配置している。以下では、第２の実施形態において、回折素子１２’を配置したことにより、第１の実施形態と異なる点について説明する。第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ構成については説明を省略する。
【００８０】
図６に示すように、基板部２６において、光源１６を封止する透明樹脂２０は、Ｙ軸の負側の側面が回路基板２１の側面と同一平面ではなく、Ｙ軸の負側の側面が回路基板２１の側面よりＹ軸の正側に位置している。光源１６から照射された光Ｍは、透明樹脂２０のレンズ部２７を介して、カバー部２４の裏面で透過屈折され接触面１１に到達する。
【００８１】
また、カバー部２４は、接触面１１、回折素子１２’、結像素子１４、迷光防止プリズム１９Ａ、アパーチャ１９Ｂおよび反射面１７、１８を含む。カバー部２４は、基板部２６の上方に位置し、撮像素子１５および光源１６を封止する透明樹脂２０におけるＸ軸の正側の側面およびＹ軸の正側の側面並びに上表面に密着して接している。
【００８２】
回折素子１２’は、光源１６の上方、且つ、接触面１１の下方であって、カバー部２４の裏面（当接面２４Ｃ）の基板部２６と接しない部分に位置する。回折素子１２’は、被写体１０から反射された光Ｌを反射させて、カバー部２４の内部であって、Ｙ軸の正方向に光Ｌの経路を変換するものである。回折素子１２’で反射された、被写体１０から反射された光Ｌは、反射面１７に向かう。
【００８３】
回折素子１２’の具体的な形状を図７に基づいて説明する。図７（ａ）は、回折素子１２’の断面形状を示す概略構成図である。回折素子１２’は、＋１次の反射回折光を利用する反射型回折素子である。回折素子１２’の形状は、＋１次光が強く発生するように、例えば、図７（ａ）に示すような断面形状がブレーズ形状であることが望ましい。図７（ａ）に示すブレーズ形状の回折素子１２’を用いることにより、光利用効率が上がるとともに、迷光となる０次光、−１次光および高次の回折光を抑えることができる。よって、光ポインティング装置３０ａにおいて、光学系の結像性能の劣化を防ぐことが可能となる。
【００８４】
また、反射率を向上させるために、回折素子１２’の外側表面（Ｚ軸の負側の表面）に反射膜al（例えば、アルミ、銀、金、誘電体ダイクロ膜など）を蒸着していることが望ましい。ここで、図７（ａ）に示すように、回折素子１２’のブレーズ形状の溝深さ（Ｚ方向の長さ）をｔとする。溝深さｔは、＋１次回折効率が最大となる深さが望ましい。例えば、カバー部２４の屈折率ｎ、光源１６が照射する光の波長をλとした場合、ｔ＝λ／（２ｎ）とすることが望ましい。
【００８５】
また、回折素子１２’のブレーズ形状の溝パターンは、図７（ｂ）のように直線の等ピッチであり、回折角をできるだけ大きくするためにできるだけ細かくすることが望ましい。ただし、製造上、金型に対してバイトを用いて溝を切削加工で作製し、成形することが最もコスト的に有利である。そのため、溝を切削加工で精度よく作製できる範囲を考慮した場合、回折素子１２’の溝ピッチは０．８〜３．０μｍの間で設計することが望ましい。
【００８６】
さらに、撮像素子１５上に投影する被写体１０の像を写す結像性能を向上させるために、回折素子１２’の溝パターンを、図７（ｃ）に示すように曲線とすることで、像の歪みを補正することができる。また、図７（ｄ）に示すように回折素子１２’の溝ピッチを等ピッチでなく、徐々にピッチが変化するパターンとし、或る一方向にレンズ効果を持たすように回折素子１２’を設計しても良い。この場合、撮像素子１５上において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向で焦点距離が異なることで発生する収差を補正することができる。
【００８７】
また、図５（ｅ）に示すように、回折素子１２’の溝パターンを曲線かつ不等ピッチのパターンとすることで、像の歪みおよび非点収差（アス）の両方を補正することができる。
【００８８】
また、回折素子１２’の別の具体例として、回折素子１２’に反射型のフレネルレンズを用いてもよい。フレネルレンズの具体的な形状を図８に示す。図８は、図７（ａ）と同様に、フレネルレンズである回折素子１２’の断面形状を示す概略構成図である。図示のように、フレネルレンズの断面形状がブレーズ形状である。また、反射率を向上させるために、回折素子１２’の外側表面に反射膜al（例えば、アルミ、銀、金、誘電体ダイクロ膜など）が蒸着されていることが望ましい。回折素子１２’にフレネルレンズを用いる場合、カバー部２４の一部にプリズムやバルク型レンズを形成するのに比べて、カバー部２４の厚みの均一化を図ることができる。そのため、カバー部２４の強度を上げながら、光ポインティング装置３０ａの薄型化が実現できる。
【００８９】
また、回折素子１２’にホログラムレンズを用いれば、通常のレンズで補正しきれない収差を補正することができるため、結像性能があがり、撮像素子１５上に被写体１０の像を鮮明に映すことができる。
【００９０】
このように、被写体１０から反射された光Ｌを水平方向に反射するために回折素子１２’を用いると、カバー部２４に折り曲げ素子（プリズム）１２を形成するのに比べて、カバー部２４の厚みの均一化を図ることができる。そのため、カバー部２４の強度を上げながら、薄型化が実現できる。それに加えて、光源１６から照射された光を接触面１１に対して均一な光強度で照射することができる。
【００９１】
また、被写体１０からの反射光Ｌを水平方向に折り曲げる従来の光ポインティング装置（例えば、上記特許文献１の構成）において、折り曲げ素子１２の大きさ、特にＺ軸方向の長さが光ポインティング装置の厚みに大きく影響する。つまり、光ポインティング装置を薄型に設計するためには、折り曲げ素子１２のＺ軸方向の長さを小さくすることが重要である。しかしながら、折り曲げ素子１２の大きさは自由に設計できるものではなく、折り曲げ素子１２の大きさは接触面１１の大きさに依存する。そして、接触面１１上の模様を検出するためには、接触面１１がある程度の面積を有していなければならない。よって、接触面１１の面積を確保しようとすると、必然的に折り曲げ素子１２が大きくなり、光ポインティング装置３０の厚み（Ｚ軸方向の大きさ）を小さくすることができなかった。
【００９２】
第２の実施形態では、折り曲げ素子１２の代わりに、折り曲げ素子１２よりもＺ軸方向の長さを小さくできる回折素子１２’を用いることによって、第１の実施形態より光ポインティング装置３０ａの薄型化を図ることができる。
【００９３】
第２の実施形態でも、第１の実施形態で示した方法と同様に、基板部２６における撮像素子１５を封止する透明樹脂２０側面及び上表面を基準として、基板部２６の上方に、カバー部２４を組み立てている。すなわち、カバー部２４の裏面における一部の当接面（当接面２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）と、撮像素子１５および光源１６を封止する透明樹脂２０におけるＸ軸の正側の側面およびＹ軸の正側の側面並びに上表面を基準として、基板部２６の上方にカバー部２４を組み立てている。そのため、基板部２６とカバー部２４との位置関係を高精度に配置することができる。よって、光ポインティング装置３０ａを構成する各部・各素子を精度良く配置することができるため、被写体１０の検知精度の高い光ポインティング装置３０ａを実現することができる。
【００９４】
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態について図９に基づいて説明する。図９は、第３の実施形態の光ポインティング装置３０ｂの概略断面構造図である。第３の実施形態では、第１・２の実施形態に加えて、光ポインティング装置反射光Ｌを水平方向に全反射させる折り曲げ素子１２に換えて、回折素子１２’を配置している。以下では、第３の実施形態において、回折素子１２’を配置したことにより、第１の実施形態と異なる点について説明する。なお、第３の実施形態においては、説明上第１の実施形態と同じ構成を用いて説明するが、その変更部分および効果については第２の実施形態でも同様であり、同様の効果をもつ。また、第１の実施形態と同様の部分はその説明を省略する。
【００９５】
図示のように、光ポインティング装置３０ｂは、カバー部２４の接触面１１上部に、装置外部からの光を遮光する遮光膜２８Ａ・２８Ｂが形成されている。図中Ｐで示すウィンドエリアは、前記遮光膜が形成されておらず、被写体１０がカバー部２４の接触面１１に接触する部分であり、光源１６からの光が前記遮光膜２８Ａ・２８Ｂに遮光されることなく、被写体１０に到達できるエリアである。
【００９６】
本実施形態のポインティング装置３０ｂの外から来る光において、結像素子１４における良好な特性が得られるカバー接触面上の物体面以外からの光は、カバー部２４内部で多重反射して、撮像素子１５に入射するため、カバー部２４の結像素子１４を含めた光学系を通過する信号光に対して、外乱光となり撮像素子１５で撮像される像のコントラストが低下する。もちろん、装置の外から来る光でも、被写体１０が指である場合、指を透過してくる光が接触面からカバー部２４内部に入射し、結像素子１４を含めた光学系を通過する成分は、信号光となるためコントラストが向上するが、外乱光の方が多いため、結果として上記像のコントラストは低下してしまう。
【００９７】
しかし、上記の構成によれば、前記外乱光の影響を抑制し、信号光のみを増強することが出来るため、前記撮像素子にて撮影される像のコントラストが向上する。
【００９８】
前記遮光膜２８Ａ・２８Ｂは、具体的に外乱光を反射する反射膜（例えば、アルミ、銀、金、誘電体ダイクロ膜など）でも構わないし、また外乱光をその場で吸収する吸収膜（例えば、カーボンブラックを混ぜた塗料や墨）でも構わない。蒸着膜の場合は、前記ウィンドエリアをマスクして蒸着すれば良いし、吸収膜の場合は、インクジェットやパッド印刷により形成すれば良い。
【００９９】
遮光膜を形成するエリアは、フランジ２５は搭載する機器の筐体内部に配置されるため、機器の筐体から突出するフランジ２５よりもＺ軸の正方向に形成されていれば良い。また、機器の筐体部にも厚みがあり、その厚みにより外乱光が遮光されるため、遮光膜２８Ｂも必ずしも必要とではなく、遮光膜２８Ａのみを形成する等の措置を適宜行えば良い。
【０１００】
〔第４の実施形態〕
最後に、光ポインティング装置を搭載した電子機器について、図１０を用いて説明する。図１０は、光ポインティング装置１０７を搭載した携帯電話機１００の外観を示す図である。図１０（ａ）は携帯電話機１００の正面図であり、（ｂ）は携帯電話機１００の背面図であり、（ｃ）は携帯電話機１００の側面図である。図１０では、電子機器として携帯電話機である例を示しているがこれに限定されるものではない。電子機器として、例えば、ＰＣ（特にモバイルＰＣ）、ＰＤＡ、ゲーム機、テレビ等のリモコンなどであってもよい。
【０１０１】
図１０に示すように、携帯電話機１００は、モニター側筐体１０１および操作側筐体１０２を備える。モニター側筐体１０１は、モニター部１０５およびスピーカー部１０６を含み、操作側筐体１０２は、マイク部１０３、テンキー１０４および光ポインティング装置１０７を含む。携帯電話機１００に搭載される光ポインティング装置１０７は、上述の第１〜４の実施形態で説明した光ポインティング装置３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃの何れも適用可能である。
【０１０２】
なお、本実施形態において、光ポインティング装置１０７は、図１０（ａ）に示すように、テンキー１０４の上部に配置されているが、光ポインティング装置１０７の配置方法およびその向きについては、これに限定されるわけではない。
【０１０３】
スピーカー部１０６は、音声情報を外部に出力するものであり、マイク部１０３は音声情報を携帯電話機１００に入力するものである。モニター部１０５は、映像情報を出力するものであり、本実施形態においては、光ポインティング装置１０７からの入力情報を表示するものである。
【０１０４】
なお、本実施形態の携帯電話機１００は、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、上部の筐体（モニター側筐体１０１）と下部の筐体（操作側筐体１０２）とがヒンジを介して接続されている、いわゆる折りたたみ式の携帯電話機１００を例として挙げている。携帯電話機１００として、折りたたみ式が主流であるため、本実施形態では折りたたみ式の携帯電話機を一例として挙げているのであって、光ポインティング装置１０７を搭載することができる携帯電話機１００は、折りたたみ式に限るものではない。
【０１０５】
近年、折りたたみ式の携帯電話機１００において、折りたたんだ状態で厚みが１０ｍｍ以下のものも登場してきている。携帯電話機１００の携帯性を考慮するならば、その厚みは極めて重要な要素となっている。図１０に示す操作側筐体１０２において、図示されない内部の回路基板等を除いて、その厚みを決定する部品は、マイク部１０３、テンキー１０４、光ポインティング装置１０７である。この中で、光ポインティング装置１０７の厚さが最も厚く、光ポインティング装置１０７の薄型化は、携帯電話機１００の薄型化に直接繋がる。よって、上述のように薄型化可能な本発明の光ポインティング装置は、携帯電話機１００のような薄型化を必要とする電子機器に対して好適な発明である。
【０１０６】
なお、上述の各実施形態では、光源１６を備えた光ポインティング装置について説明した。しかし、光源１６の代わりに、例えば太陽光のような外光の場合であっても、本発明の構成によって、性能を低下させることなく動作する光ポインティング装置を得ることができる。
【０１０７】
また、上述の各実施形態では、カバー部２４（導光型光学部材）を用いた光ポインティング装置について説明した。しかし、カバー部２４を用いない従来の光ポインティング装置（例えば、特許文献２，３の構成）に、本発明の迷光防止部を設けることによって、同様の効果を得ることが可能となる。
【０１０８】
本発明は、以下のように表現することもできる。
【０１０９】
本発明に係る光ポインティング装置は、被写体からの散乱光を結像させる結像手段と、上記被写体からの散乱光を受光し上記被写体の表面の像を一定の間隔で連続して撮像して該像を画像データとして取り込む撮像素子と、上記撮像素子が取り込んだ画像データを直前に上記撮像素子が取り込んだ画像データと比較することによって、上記被写体の移動方向および移動量を算出する算出部と、前記結像手段と前記撮像素子と、前記算出部とを覆うカバー部材とを備えた光ポインティング装置であって、前記カバー部材には、少なくとも前記被写体が接触する接触面と、前記結像手段と、前記接触面から入射した前記被写体からの散乱光の方向を偏向させて前記結像手段に導く光路偏向手段と、迷光を防止する迷光防止手段と、前記結像手段に付与されるアパーチャが、一体的に形成されていてもよい。
【０１１０】
上記の構成によれば、前記カバー部と、前記光路偏向手段、前記結像手段、迷光防止手段およびアパーチャとが一体で成形されているため、光ポインティング装置を構成する部品点数を削減することができる。よって、光ポインティング装置の製造工程において、組立工数を削減することができる。それゆえ、各部品の組み立て時に発生する組立誤差を抑えることができる。また、カバー部を成形する金型を高精度で作成することにより、光路偏向手段・結像手段・迷光防止手段およびアパーチャ自体の形状を高精度に製造することができ、且つ、接触面と折り曲げ素子および結像素子の位置関係や、結像手段とアパーチャの位置関係もばらつき無く高精度に配置することができる。従って、光ポインティング装置の製造コストを削減することができると共に、被写体の検知精度が高く、また迷光によるＳ／Ｎ（Signal/Noise：ここでいうSignalとは接触面から光路偏向手段および結像手段を通って撮像素子に入射する被写体からの散乱光成分であり、Noiseとはそれ以外の光路を通って撮像素子に入射する不要光成分）比の高い光ポインティング装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１１１】
従って、上記の構成によれば、光ポインティング装置の製造コストを削減することができると共に、被写体の検知精度の高い光ポインティング装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１１２】
また、本発明に係る光ポインティング装置の迷光防止手段およびアパーチャは、微細構造であってもよい。
【０１１３】
上記の構成によれば、迷光防止手段およびアパーチャは、前記光路偏向手段および前記結像手段と共に、金型等にて一体的に形成することが出来る。前記迷光防止手段および前記アパーチャは、インサート成形という手法でもカバー部材に対して一体的に形成することも出来るが、別パーツが必要となり、インサート成形時にそれらパーツの位置ずれも出てくる。しかし微細構造とすれば、別パーツも必要とせず高精度配置が可能となる。
【０１１４】
また、本発明に係る光ポインティング装置の迷光防止手段およびアパーチャの微細構造はプリズム構造であってもよい。
【０１１５】
前記迷光防止手段およびアパーチャの微細構造として、細かい凹凸のディンプル構造でも効果はあるが、ディンプル構造では迷光成分がそこで散乱し、再度カバー部の別の面で反射して撮像素子に入射する可能性は小さくない。しかし、上記の構成によれば、プリズムの平面部が迷光を特定の方向に反射するため、再度カバー部の別の面に反射して撮像素子に入る可能性が低くなるため、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【０１１６】
また、本発明に係る光ポインティング装置の迷光防止手段およびアパーチャに、金属や誘電体を蒸着した蒸着膜による反射性能が付与されていてもよい。
【０１１７】
迷光防止手段およびアパーチャに入射する迷光の入射角度は一定ではなく、さまざまな方向から入射するが、反射性能が付与されていない場合、迷光防止手段およびアパーチャ構造からくる全反射条件にあったある特定範囲の角度のみの迷光しか特定方向に反射出来ないが、蒸着膜による反射性能を付与することによって反射出来る角度範囲を広げて、迷光防止性能を向上することが出来る。
【０１１８】
また、本発明に係る光ポインティング装置の前記結像手段は、球面、非球面、トロイダル面のいずれかによって構成されていてもよい。
【０１１９】
光ポインティング装置の光学系の構成から発生する球面収差やコマ収差などの光学収差、および、撮像素子上に投影される像の歪量に基づいて、結像手段の曲率を球面・非球面・トロイダル面に適宜設定することで、前記光ポインティング装置の光学系の光学特性をさらに向上させることが出来る。
【０１２０】
また、本発明に係る光ポインティング装置の前記結像手段は、金属や誘電体等を蒸着した蒸着膜により反射性能を付与されていてもよい。
【０１２１】
上記構成とすることで、被写体での散乱光を結像手段で反射させて、被写体方向に戻すことが出来る、前記光ポインティング装置の平面方向の小型化を行うことが出来る。
【０１２２】
また、本発明に係る光ポインティング装置の前記光路偏向手段は、全反射面、金属や誘電体を蒸着した蒸着膜反射面、または反射型回折格子面や反射型ホログラム面のいずれかによって構成されていてもよい。
【０１２３】
前記光路偏向手段が全反射面の場合、後述する蒸着反射面や反射型回折格子面や反射型ホログラム面に対して、光の利用効率が一番高いため、撮像素子上に投影される像が明るくなるため、Ｓ／Ｎ比が向上する。また、前記光路偏向手段が蒸着反射面である場合、光の利用効率は落ちるが、光路偏向手段に入射される光も確実に反射させることが出来る。
【０１２４】
前記接触面がある前記カバーの表面は、被写体が接触する可能性があり、前記接触面以外の箇所に被写体が接した場合、その被写体が接している箇所で反射光を反射させると、反射光がカバー部の表面で反射するのではなく、被写体の表面で反射することになるため、反射光の経路にずれが生じる。そこで、前記蒸着反射膜をこの箇所に配置することによって、反射光の経路のずれが発生することを抑えることが出来、前記結像素子の結像性能があがり、前記撮像素子が被写体の像を鮮明に撮像することができる。
【０１２５】
また、前記光路偏向手段が反射型回折素子および反射型ホログラム面である場合、蒸着膜反射面同様、光の利用効率は落ちるが、特に前記上記カバー部の接触面と反対方向に、前記光路偏向手段を成形する場合には、そのための凹部を形成することなく、光路偏向手段の機能を含む前記カバー部を成形することができる。よって、凹部の折り曲げ素子を含む前記カバー部より、全記カバー部の厚みを均一にすることができ、前記カバー部の強度を上げながら、上記カバー部の薄型化が実現できる。加えて前記偏向手段が反射型ホログラム面の場合、前記結像手段にて補正しきれない収差を補正する役割を持たせることも出来るため、上記折り曲げ素子の反射光を反射する上記結像素子の結像性能があがり、上記撮像素子が被写体の像を鮮明に撮像することができる。
【０１２６】
これら各反射面を適宜用いることにより、光ポインティング装置の性能を向上させることが出来る。
【０１２７】
また、本発明に係る光ポインティング装置は、前記カバー部材によって覆われた光源をさらに備え、前記被写体からの散乱光は、前記光源から出射された光に基づいて生じるものであってもよい。
【０１２８】
上記の構成によれば、前記散乱光は、前記光源から出射されて前記被写体によって反射された光に基づいて生じる。そのため、光源から出射された光が前記被写体に照射する角度をある程度揃えることができる。それゆえ、光源の照度を落としても、被写体の検知に十分な光量を保つことができる。よって、光源に供給する電流量を減らすことができるため、光ポインティング装置の消費電流量を抑えることができる。
【０１２９】
また、本発明に係る光ポインティング装置の前記結像手段における物体面に位置するカバー部材の接触面以外の領域に装置外部からの光を遮光する遮光性能が付与されていてもよい。
【０１３０】
本発明に係る光ポインティング装置の外から来る光において、前記結像手段における良好な特性が得られるカバー接触面上の物体面以外からの光は、光ポインティング装置にとっては、外乱光となる。
【０１３１】
上記の構成によれば、前記外乱光の影響を抑制することが出来るため、前記撮像素子にて撮影される像のコントラストが向上する。
【０１３２】
また、本発明に係る光ポインティング装置は、上記光源および上記撮像素子を樹脂封止した各透明樹脂は、略直方体の形状であり、上記光源を樹脂封止した透明樹脂の一方の側面は、上記基板の一方の側面と同一平面上に配置され、上記撮像素子を樹脂封止した他の透明樹脂の一方の側面は、上記基板の他方の側面と同一平面上に配置され、各透明樹脂の上表面と、上記基板の両側面と、それと同一平面の上記光源および上記撮像素子を樹脂封止した透明樹脂の一方の側面と、を基準として、上記カバー部を上記基板の上側に配置されていてもよい。
【０１３３】
上記の構成によれば、上記各透明樹脂の上表面と、上記基板の両側面と、それと同一平面上に配置されている、上記光源および上記撮像素子を樹脂風刺した透明樹脂の一方の側面と、を基準として、上記カバー部を上記基板の上側に配置している。そのため、上記接触面、上記光源、上記撮像素子、上記折り曲げ素子および上記結像素子のそれぞれの位置関係を高精度に配置することができる。従って、被写体の検知精度の高い光ポインティング装置を実現することができる。
【０１３４】
また、本発明に係る電子機器は、上記光ポインティング装置を備えるものである。
【０１３５】
上記の構成によれば、上記電子機器は、薄型化が容易な上記光ポインティング装置を備えている。光ポインティング装置を搭載する場合、光ポインティング装置の厚みが電子機器の厚みに大きく影響するため、上記光ポインティング装置を備えていても、電子機器の薄型化が実現できる。
【０１３６】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明は、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の、特に小型化、薄型化を要求される携帯情報端末（電子機器）に搭載可能な入力装置としての光ポインティング装置およびそれを備える電子機器に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１０  被写体
１１  接触面
１２  回折素子（光路変換部，プリズム）
１２’  回折素子（光路変換部，反射型回折素子）
１３  傾斜面
１４  結像素子（結像反射部）
１５  撮像素子
１６  光源
１７  反射面（光路変換部）
１８  反射面（光路変換部）
１９Ａ  迷光防止プリズム（迷光防止部）
２４  カバー部（導光型光学部材）
２８Ａ・２８Ｂ  遮光膜
３０，３０ａ，３０ｂ，１０７  光ポインティング装置
１００  携帯電話機（電子機器）
【図１】
2011096203.tif 000003
【図２】
2011096203.tif 000004
【図３】
2011096203.tif 000005
【図４】
2011096203.tif 000006
【図５】
2011096203.tif 000007
【図６】
2011096203.tif 000008
【図７】
2011096203.tif 000009
【図８】
2011096203.tif 000010
【図９】
2011096203.tif 000011
【図１０】
2011096203.tif 000012