(57)【要約】【課題】光路変換手段及び結像反射部が一体化された導光型光学部材を用いる場合に、簡易に、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及びそれを備えた電子機器を提供する。【解決手段】カバー部２４には、被写体１０が接触する接触面１１と、導光される光を撮像素子１５に導く結像素子１４と、被写体１０からの反射光の方向を変換させて結像素子１４に導くプリズム等の折り曲げ素子１２とが一体に形成されている。撮像素子１５は、カバー部２４における結像素子１４よりも光源１６側の下側に配設されている。カバー部２４には、さらに、被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光が結像素子１４を介さずに撮像素子１５に直接入射することを防止する切り欠き部１９が撮像素子１５の直上面における少なくとも光源１６側の一部に形成されている。【選択図】図１
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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内部で反射させて導光す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には、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手段とが一体に形成されており、
上記撮像素子は、上記導光型光学部材における上記結像反射部よりも光源側の下側に配設されていると共に、
上記導光型光学部材には、さらに、上記被写体からの反射光又は光源からの直接光が結像反射部を介さずに上記撮像素子に直接入射することを防止する切り欠き部が該撮像素子の直上面における少なくとも光源側の一部に形成されていることを特徴とする光ポインティング装置。
【請求項２】
前記切り欠き部には、前記被写体からの反射光又は光源からの直接光が結像反射部を介さずに前記撮像素子に直接入射することを防止する遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ポインティング装置。
【請求項３】
前記遮光部材は、黒系の膜からなっていることを特徴とする請求項２記載の光ポインティング装置。
【請求項４】
前記光路変換手段は、前記被写体からの反射光を屈折させるプリズムからなっていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の光ポインティング装置。
【請求項５】
前記光路変換手段は、前記被写体からの反射光の方向を偏向させて前記結像反射部に導く光路偏向手段からなっていると共に、
上記光路偏向手段は、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のいずれかによって構成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の光ポインティング装置。
【請求項６】
前記結像反射部は、球面、非球面又はトロイダル面のいずれかによって構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ポインティング装置。
【請求項７】
前記導光型光学部材における、前記被写体が接触する接触面以外の表面領域には、外部からの光を遮光する遮蔽膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光ポインティング装置。
【請求項８】
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を備えてい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、電子機器としての携帯電話等の携帯情報端末に搭載可能な光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器に関するものであり、詳細には、迷光による影響の少ない光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）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ー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、数字及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２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、メニューキー及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、不便であった。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若しくは光学式マウス等のマウスやタッチパッド又は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、携帯情報端末は携帯することを前提とするため、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、例えばトラックボール型（Track Ball-Type）のポインティング装置は、物理的に一定以上の３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採用し難いという問題があった。
【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としての指の指紋を撮像素子で観察し、接触面における被写体の指紋の移動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。例えば特許文献１に開示された光ポインティング装置である超薄型の光学式ジョイスティックでは、接触面上の被写体をＬＥＤ等の光源によって照射し、被写体から散乱された光を集光レンズにて撮像素子に集光し、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、変化量に基づいて被写体の動きを算出し、被写体の動きを電気信号として出力する。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】
上記の特許文献１に開示された超薄型の光学式ジョイスティック１００における光学系は、装置の小型化・薄型化を図るため、図１５に示すように、ＬＥＤ１１１及び反射ミラー１１２を含む光源部１１０と、第１反射面１２１及び第１平凸レンズ部１２２を有する第１導波管１２０と、第２反射面１３１及び第２平凸レンズ部１３２を有する第２導波管１３０と、イメージセンサ１４０と、指等の被写体１０１が接するカバーグラス１０２と、第１平凸レンズ部１２２と第２平凸レンズ部１３２との間に位置する空間に設けられた周辺のノイズ光を遮断する遮断部１５０との部品からなっている。
【０００７】
この特許文献１に開示された超薄型の光学式ジョイスティックでは、第１導波管１２０及び第２導波管１３０が反射面及びレンズ部を含むため、光学式ジョイスティックの高さを約２ｍｍ以下まで減らすことができる。このため、超薄型の光学式ジョイスティックを提供するものとなっている。
【０００８】
また、特許文献２においても、特許文献１と同様に、接触面の直下にプリズム等の折り曲げ光学素子を配置し、被写体からの反射光を水平方向に折り曲げて撮像素子に結像する光ポインティング装置としての光学式ジョイスティックが提案されている。これにより、光路を長く取りながら垂直方向の長さが短い光ポインティング装置を実現でき、光ポインティング装置の薄型化を実現するものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８−５１０２４８号公報（２００８年４月３日公表）
【特許文献２】特開２００９−１７６２７１号公報（２００９年８月６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、光源と導波管等を用いて、光源から光を出射し、被写体からの反射光を水平方向に折り曲げて導波管を介して撮像素子に結像する光ポインティング装置においては、光源等からの迷光が撮像素子に入射されるのを防止する必要がある。
【００１１】
この点、特許文献２に開示された光学式ジョイスティック２００では、図１６に示すように、プリズム２０１・２０２及び集光レンズ２０３を構成するカバー部材２０４において、光源２０５からの光がプリズム２０１、集光レンズ２０３及びプリズム２０２を通過する際に上方に拡散する迷光をカバー部材２０４の上側に設けたシート状の雑光遮蔽壁２１１にて遮蔽すると共に、下方に拡散する迷光をカバー部材２０４の下側に設けたシート状の雑光遮蔽壁２１２にて遮蔽している。
【００１２】
しかしながら、従来の光ポインティング装置において、光学部材としてプリズム及び集光レンズ等の光学要素が一体化されかつ部材内部を反射により導光していく導光型光学部材を用いる場合には、被写体からの迷光となる反射光又は光源からの直接光が導光型光学部材の外部に出射されないため、導光型光学部材の上面又は下面を壁にて遮蔽しても用をなさない。その結果、迷光が撮像素子に入射されるのを防止することができないという問題点を有している。
【００１３】
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、光路変換手段及び結像反射部を含んで一体的に形成され、かつ内部を反射により導光していく導光型光学部材を用いる場合に、簡易に、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及びそれを備えた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】
【００１４】
本発明の光ポインティング装置は、上記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内部で反射させて導光す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には、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手段とが一体に形成されており、上記撮像素子は、上記導光型光学部材における上記結像反射部よりも光源側の下側に配設されていると共に、上記導光型光学部材には、さらに、上記被写体からの反射光又は光源からの直接光が結像反射部を介さずに上記撮像素子に直接入射することを防止する切り欠き部が該撮像素子の直上面における少なくとも光源側の一部に形成されていることを特徴としている。
【００１５】
上記の発明によれば、光ポインティング装置は、被写体に光を照射する光源と、該被写体からの反射光を内部で反射させて導光す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ている。そして、導光型光学部材には、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手段とが一体に形成されている。したがって、このような導光型光学部材を採用することによって、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、小型化を図ることができる。また、接触面、光路変換手段及び結像反射部を一体に形成することによって、部品点数も削減することができる。
【００１６】
しかしながら、接触面、光路変換手段及び結像反射部が一体に形成された導光型光学部材においては、被写体からの反射光又は光源からの直接光等の迷光が結像反射部を介さずに撮像素子に直接入射する場合があり、このような迷光は、撮像素子のＳ／Ｎ（Signal/Noise：ここでいうSignalとは接触面から光路変換手段及び結像反射部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をいう）を低下させる。
【００１７】
そこで、本発明では、導光型光学部材には、被写体からの反射光又は光源からの直接光が結像反射部を介さずに上記撮像素子に直接入射することを防止する切り欠き部が該撮像素子の直上面における少なくとも光源側の一部に形成されている。このため、撮像素子の直上面における少なくとも光源側の一部に切り欠き部が形成されていることによって、結像反射部を介さない被写体からの反射光又は光源からの直接光からなる迷光が、導光型光学部材の内部から出射されるときに、当該切り欠き部によって反射され、入射角度が変化し、導光型光学部材の内部から出射されないようにすることができる。この結果、結像反射部を介さない被写体からの反射光又は光源からの直接光からなる迷光が撮像素子に直接入射することを防止することができる。
【００１８】
また、本発明では、迷光を防止するために、導光型光学部材に切り欠き部を形成しているだけである。したがって、特別な、遮光壁や遮光部材を使用せず、簡単な構成で撮像素子に入射する迷光を抑制することができる。
【００１９】
したがって、光路変換手段及び結像反射部が一体化された導光型光学部材を用いる場合に、簡易に、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。
【００２０】
本発明の光ポインティング装置では、前記切り欠き部には、前記被写体からの反射光又は光源からの直接光が結像反射部を介さずに前記撮像素子に直接入射することを防止する遮光部材が設けられていることが好ましい。
【００２１】
これにより、結像反射部を介さない被写体からの反射光又は光源からの直接光からなる迷光が、導光型光学部材の内部から出射されるときに、遮光部材によって遮光される。
【００２２】
したがって、確実に、結像反射部を介さない被写体からの反射光又は光源からの直接光からなる迷光が、撮像素子に直接入射することを防止することができる。
【００２３】
また、本発明の光ポインティング装置では、前記遮光部材は、黒系の膜からなっていることが好ましい。
【００２４】
これにより、黒系の膜は光を吸収する性質を有しているので、切り欠き部で反射された被写体からの反射光又は光源からの直接光からなる迷光が、導光型光学部材の内部で反射され、結像反射部にて反射されて最終的に撮像素子に入射するのを防止することができる。したがって、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。
【００２５】
また、本発明の光ポインティング装置では、前記光路変換手段は、前記被写体からの反射光を屈折させるプリズムからなっているとすることができる。
【００２６】
これにより、光路変換手段として一般的なプリズムを用いることにより、容易に光路変換手段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。
【００２７】
また、本発明の光ポインティング装置では、前記光路変換手段は、前記被写体からの反射光の方向を偏向させて前記結像反射部に導く光路偏向手段からなっていると共に、上記光路偏向手段は、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のいずれかによって構成されているとすることが可能である。
【００２８】
これにより、光路偏向手段からなる光路変換手段は、プリズム等の全反射による光路変換手段よりも光の利用効率は落ちる。しかし、導光型光学部材の接触面とは反対側に、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導光型光学部材を成形することができる。この結果、凹部が形成されるプリズム等の全反射による光路変換手段に比べて、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みを薄くかつ均一にすることができる。
【００２９】
したがって、導光型光学部材の薄型化を図ることができ、延いては、薄型の光ポインティング装置を実現することができる。
【００３０】
加えて、光路偏向手段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。この結果、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。
【００３１】
したがって、光ポインティング装置の性能を向上させることができる。
【００３２】
また、本発明の光ポインティング装置では、前記結像反射部は、球面、非球面又はトロイダル面のいずれかによって構成されていることが好ましい。
【００３３】
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。
【００３４】
また、本発明の光ポインティング装置では、前記導光型光学部材における、被写体が接触する接触面以外の表面領域には、外部からの光を遮光する遮蔽膜が設けられていることが好ましい。
【００３５】
すなわち、光ポインティング装置の外部から来る光において、結像反射部における良好な特性が得られる接触面上の被写体以外からの光は、光ポインティング装置にとっては、外乱光となる。
【００３６】
しかし、本発明では、接触面以外の表面領域には、外部からの光を遮光する遮蔽膜が設けられているので、外乱光の影響を抑制することができる。したがって、撮像素子にて撮影される像のコントラストを向上させることができる。
【００３７】
また、本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上記記載の光ポインティング装置を備えていることを特徴としている。
【００３８】
上記の発明によれば、光路変換手段及び結像反射部が一体化された導光型光学部材を用いる場合に、迷光による影響の少ない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】
【００３９】
本発明の光ポインティング装置は、以上のように、導光型光学部材には、被写体が接触する接触面と、導光される光を撮像素子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手段とが一体に形成されており、上記撮像素子は、上記導光型光学部材における上記結像反射部よりも光源側の下側に配設されていると共に、上記導光型光学部材には、さらに、上記被写体からの反射光又は光源からの直接光が結像反射部を介さずに上記撮像素子に直接入射することを防止する切り欠き部が該撮像素子の直上面における少なくとも光源側の一部に形成されているものである。
【００４０】
また、本発明の電子機器は、以上のように、上記記載の光ポインティング装置を備えているものである。
【００４１】
それゆえ、光路変換手段及び結像反射部が一体化された導光型光学部材を用いる場合に、簡易に、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及びそれを備えた電子機器を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明における光ポインティング装置の実施の一形態を示すものであり、光ポインティング装置の構成を示す断面図である。
【図２】上記光ポインティング装置のカバー部の構成を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は上記光ポインティング装置のカバー部の構成を示す平面図であり、（ｂ）は上記光ポインティング装置のカバー部の構成を示す断面図である。
【図４】上記光ポインティング装置における光源から照射された拡がりのある照射光が被写体によって反射されて撮像素子に入射されるまでの光路を示す断面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は上記光ポインティング装置における被写体からの迷光が撮像素子に直接入力される場合の光路を示す断面図である。
【図６】上記光ポインティング装置における光源からの迷光が撮像素子に直接入力される場合の光路を示す断面図である。
【図７】上記光ポインティング装置における光源からの迷光が切り欠き部により撮像素子の直前で光路変換される状況を示す断面図である。
【図８】上記切り欠き部に遮光膜を形成したカバー部を示す断面図である。
【図９】（ａ）はカバー部に切り欠き部が無い場合の撮像素子における照度分布を示す分布図であり、（ｂ）はカバー部に切り欠き部のみが存在する場合の撮像素子における照度分布を示す分布図であり、（ｃ）はカバー部に切り欠き部を形成し、さらに、遮光膜を塗布した場合の撮像素子における照度分布を示す分布図であり、（ｄ）は（ａ），（ｂ），（ｃ）をまとめて１つに表したグラフである。
【図１０】本発明における光ポインティング装置の他の実施の一形態を示すものであり、光ポインティング装置の構成を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は上記光ポインティング装置に設けられた回折素子としての反射型回折素子の形状を示す断面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は回折素子の溝パターンを示す平面図である。
【図１２】上記回折素子として反射型フレネルレンズの形状を示す断面図である。
【図１３】本発明における光ポインティング装置のさらに他の実施の一形態を示すものであり、光ポインティング装置の構成を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は本発明における光ポインティング装置を備えた電子機器の実施の一形態を示すものであり、光ポインティング装置を搭載する電子機器としての携帯電話機の外観を示す正面図であり、（ｂ）は同背面図であり、（ｃ）は同側面図である。
【図１５】従来の光ポインティング装置の構成を示す断面図である。
【図１６】従来の他の光ポインティング装置の構成を示す組み立て分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の各実施形態について、光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）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。尚、同一の機能及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。
【００４４】
〔実施の形態１〕
本発明における第１の実施の形態について図１〜９に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態における光ポインティング装置３０を示す概略断面構造図である。
【００４５】
本実施の形態の光ポインティング装置３０は、図１に示すように、基板部２６と導光型光学部材としてのカバー部２４とを備えている。基板部２６は、回路基板２１、光源１６、撮像素子１５及び透明樹脂２０からなっている。カバー部２４は、接触面１１、傾斜面１３を形成する光路変換手段及びプリズムとしての折り曲げ素子１２、結像反射部としての結像素子１４及び反射面１７・１８を含んでいる。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。尚、ここでは光ポインティング装置３０に対する被写体１０の状態を分かり易くするために、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。
【００４６】
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。尚、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。
【００４７】
まず、上記基板部２６の構成について説明する。
【００４８】
本実施の形態の基板部２６においては、１つの回路基板２１上に光源１６と撮像素子１５とを搭載している。光源１６及び撮像素子１５は、ワイヤボンド又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１０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なっている。
【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から照射された照射光Ｍは、透明樹脂２０を介してカバー部２４の折り曲げ素子１２により屈折され進行方向が変換されて接触面１１に到達する。すなわち、照射光Ｍは、接触面１１に対して斜め方向から、つまり接触面に対して或る入射角で入射する。
【００５０】
カバー部２４は、後述するように、空気よりも屈折率が大きい材質であるため、接触面１１に到達した照射光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、照射光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、照射光Ｍは、接触面１１を透過せず、全て接触面１１で反射してカバー部２４内に向かう。
【００５１】
一方、接触面１１上に被写体１０がある場合、照射光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（Light Emitting Diode：発光ダイオード）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。
【００５２】
撮像素子１５は、光源１６が照射した、被写体１０で反射された反射光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。具体的には、撮像素子１５は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補形金属酸化膜半導体）やＣＣＤ(Charge Coupled Device：電荷結合素子)等のイメージセンサからなっている。撮像素子１５は、図示しないＤＳＰ（Digital Signal Processor：算出部）を含み、受光した照射光Ｍ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の指示にしたがって、接触面１１上の像を一定の間隔で撮影し続ける。
【００５３】
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の移動量及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の移動量及び移動方向を算出する。撮像素子１５は、算出した移動量及び移動方向を電気信号として回路基板２１に出力する。尚、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。
【００５４】
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の移動量及び移動方向を算出し、算出した移動量及び移動方向を示す信号を回路基板２１に送信する。
【００５５】
上記光源１６及び撮像素子１５は、透光性樹脂である透明樹脂２０によって周囲が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及び撮像素子１５にそれぞれ密着する凹部が形成されている。透明樹脂２０を構成する透光性樹脂として、例えば、シリコーン樹脂若しくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂又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。
【００５６】
このように、回路基板２１上に搭載された光源１６及び撮像素子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及び透明樹脂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。
【００５７】
次に、カバー部２４の構成について説明する。
【００５８】
カバー部２４は、光源１６及び撮像素子１５等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の側面及び上表面に密着して接している。すなわち、カバー部２４の裏面における一部の当接面２４ａ・２４ｂは、基板部２６の側面及び上表面と密着して接している。尚、本実施の形態において、カバー部２４における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の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。
【００５９】
また、カバー部２４の底面２４ｃは、基板部２６の底面２６ａと同一平面を形成している。さらに、カバー部２４の上表面と、カバー部２４における当接面２４ｂと、基板部２６の底面２６ａ及びカバー部２４の底面２４ｃとは互いに平行となっており、カバー部２４の両側面がカバー部２４の上表面、及びカバー部２４における当接面２４ｂ並びに基板部２６の底面２６ａ及びカバー部２４の底面２４ｃ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、カバー部２４は台形状となっている。ただし、カバー部２４は、この形状に限るものではなく前記側面が底面２４ｃに対して垂直になっていても構わない。
【００６０】
カバー部２４における側面の底部の付近にはフランジ２５が設けられており、本実施の形態の光ポインティング装置３０が電子機器に搭載され、指等の被写体１０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、基板部２６の底面２６ａに設けられる図示しない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。
【００６１】
カバー部２４における接触面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の上表面における光源１６の上方に位置する。
【００６２】
上記折り曲げ素子１２は、プリズムにてなっており、光源１６の上方、かつ接触面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している。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から照射された照射光Ｍを傾斜面１３で屈折させて、被写体１０に向かうように照射光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から反射された反射光Ｌを傾斜面１３で全反射させて、カバー部２４の内部におけるＹ軸の正方向に反射光Ｌの経路を変換するものである。傾斜面１３にて全反射された、被写体１０から反射された反射光Ｌは、後述する反射面１７に向かう。このように、折り曲げ素子１２の傾斜面１３は、照射光Ｍを透過し、反射光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の上方における、カバー部２４と基板部２６との間の空間の屈折率よりも大きい屈折率を有す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ると共に、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、反射光Ｌを全反射するために、アルミ反射膜等を蒸着していない。
【００６３】
上記結像素子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、かつ撮像素子１５よりもＹ軸の正方向側に位置し、カバー部２４の裏面における基板部２６とは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している。結像素子１４には、直交する２方向の曲率が異なる例えば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において効率的に反射光Ｌを反射させるために、結像素子１４のトロイダル面には、例えば、アルミ、ニッケル、金、銀、誘電体ダイクロ膜等の金属の反射膜を蒸着させる。
【００６４】
尚、上記の説明では、結像素子１４には例えばトロイダル面が形成されているとしているが、必ずしもこれに限らず、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。
【００６５】
上記反射面１７は、傾斜面１３で全反射された反射光Ｌを結像素子１４に入射させ、結像素子１４から反射された反射光Ｌを撮像素子１５に入射させるために、反射光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、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及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、か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。
【００６６】
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の材質は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。
【００６７】
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の上表面及び反射面１７の上表面に、例えば緑色等の所定の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にてカバー部２４の上表面及び反射面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。
【００６８】
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、かつ撮像素子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。
【００６９】
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の透明樹脂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。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。したがって、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ものとなっている。
【００７０】
上記構成の光ポインティング装置３０において、光源１６から照射された光が被写体１０によって反射されて撮像素子１５に入射する経路を図１に基づいて説明する。
【００７１】
図１に示すように、まず、光源１６から照射された照射光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から照射された照射光Ｍが散乱反射する。被写体１０の表面で反射された反射光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で全反射された反射光Ｌは、反射面１７で反射し、結像素子１４に到達する。そして、反射光Ｌは、結像素子１４にて折り返し反射されて、反射面１７、反射面１８、及び反射面１７にて次々と反射されて最終的に撮像素子１５に入射する。
【００７２】
ところで、上記構成の光ポインティング装置３０では、カバー部２４において折り曲げ素子１２及び結像素子１４が一体化され、光源１６と撮像素子１５とが近接しているために、被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光が結像素子１４を介さずに撮像素子１５に直接入射する虞がある。これらの入射光は迷光であり、撮像素子１５のＳ／Ｎ（Signal/Noise：ここでいうSignalとは接触面から光路変換手段及び結像反射部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をいう）を低下させるので、除去する必要がある。
【００７３】
そこで、本実施の形態では、この問題を解決するために、図２にも示すように、カバー部２４の当接面２４ｂ側における前記折り曲げ素子１２の全反射面端部からＹ軸の正方向に、迷光対策用の切り欠き部１９が形成されている。上記切り欠き部１９について、図１〜図３（ａ）（ｂ）を用いて以下に詳述する。図２は、カバー部２４における底面２４ｃ側からの斜視図である。また、図３（ａ）は光ポインティング装置３０のカバー部２４の構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は光ポインティング装置３０のカバー部２４の構成を示す断面図である。
【００７４】
上記切り欠き部１９は、図１に示すように、カバー部２４において、撮像素子１５の直上面における少なくとも光源１６側の一部に形成されている。尚、「少なくとも」としたのは、切り欠き部１９が撮像素子１５における直上面の光源１６側の一部だけでなく、撮像素子１５における直上面よりも光源１６側にまで延びていてもよい主旨である。
【００７５】
この切り欠き部１９は、図１に示すように、カバー部２４において、折り曲げ素子１２における右肩下がりの傾斜面１３の最低端から撮像素子１５が設けられた透明樹脂２０の高さまで形成された右肩上がりの傾斜面をさらに切り欠き部１９を形成することにより、当該傾斜面を延長したものとなっている。
【００７６】
また、図１においては、切り欠き部１９における右側の傾斜面が撮像素子１５の上面の一部に形成されている。ただし、切り欠き部１９は、特に、右肩上がりの傾斜又は右肩下がりの傾斜だけではなく、迷光が撮像素子１５に入射されるのを回避するようにカバー部２４が切り欠かれた形状になっていれば足りる。
【００７７】
さらに、この切り欠き部１９におけるカバー部２４の導光方向と直交する方向の幅は、図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、プリズムからなる折り曲げ素子１２の傾斜面１３、及び撮像素子１５におけるカバー部２４の導光方向と直交する方向の幅に略等しいものとなっている。そして、カバー部２４に切り欠き部１９が形成されていることによって、被写体１０又は光源１６からの反射光が結像素子１４を介さずに撮像素子１５に直接入射することを防止するようになっている。
【００７８】
上記切り欠き部１９にて、被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光が結像素子１４を介さずに撮像素子１５に直接入射することを防止できる原理について、図４、図５（ａ）（ｂ）、図６及び図７を用いて説明する。図４は光源１６から照射された拡がりのある照射光Ｍが被写体１０によって反射されて撮像素子１５に入射する反射光Ｌを示す断面図であり、図５（ａ）は、切り欠き部１９が無い場合の光ポインティング装置における反射光Ｌの光路Ｌ１を示す断面図であり、図５（ｂ）は切り欠き部１９が無い場合における光ポインティング装置の他の反射光Ｌにおける光路Ｌ２を示す断面図である。また、図６は、切り欠き部１９が無い場合の光ポインティング装置における光源１６からの被写体１０に向かわない照射光Ｍの光路Ｍ１・Ｍ２を示す断面図であり、図７は、本実施の形態における切り欠き部１９を備えた光ポインティング装置３０の反射光Ｌを示す断面図である。
【００７９】
まず、図４に示すように、光源１６の照射光Ｍは該光源１６の発光点からある拡がりを持って出射する。その照射光Ｍのうちの一部は、図１に示すように、被写体１０で散乱反射されて、反射光Ｌの光路となって、結像素子１４を通って撮像素子１５に入射する。しかし、反射光Ｌのうちの他の一部は、切り欠き部１９が形成されていない場合には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、前記結像素子１４を介する光路を通らず光路Ｌ１や光路Ｌ２等の迷光となって撮像素子１５に入射する。
【００８０】
加えて、図６に示すように、光源１６の照射光Ｍにおける被写体１０に向かわない光路Ｍ１や光路Ｍ２等の迷光が、撮像素子１５に直接入射する場合もある。
【００８１】
尚、カバー部２４において、内部で導光される光は通常は内部で全反射されるためカバー部２４から出てこないが、上述した結像素子１４を介する光路を通らない光路Ｌ１・Ｌ２等の迷光や被写体１０に向かわない直接光による光路Ｍ１や光路Ｍ２等の迷光は、出射角度が鋭角であったり、カバー部２４の屈折率に近似する屈折率を有する接着剤や透明樹脂２０とカバー部２４とが接触したりしているため、カバー部２４のー外部に出射されるものとなる。
【００８２】
これらの場合、反射光Ｌの結像素子１４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のに対して、光路Ｌ１・Ｌ２又は光路Ｍ１・Ｍ２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。このため、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。尚、以下の説明では、信号情報が得られる結像素子１４を通る反射光Ｌを信号光、信号光以外をノイズ光と称する。
【００８３】
これに対して、カバー部２４に切り欠き部１９を形成した場合には、図７に示すように、例えば、光源１６からの直接光である光路Ｍ１・Ｍ２は、切り欠き部１９にて反射され、撮像素子１５に直接入射しなくなる。したがって、光源１６からの直接光や光路Ｌ１・Ｌ２等の迷光が結像素子１４を介さずに撮像素子１５に直接入射することを防止するができる。また、この切り欠き部１９は、光ポインティング装置３０外からの外乱光にも効果がある。
【００８４】
尚、本実施の形態の接触面１１、折り曲げ素子１２及び結像素子１４が一体に形成されたカバー部２４を備えた光ポインティング装置３０において、カバー部２４に切り欠き部１９を形成することによって、被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光等の迷光が結像素子１４を介さずに撮像素子１５に直接入射するのを防止することができるのは、信号光である反射光Ｌは結像素子１４にて反射されて、撮像素子１５の後ろ側から入射されるのに対して、被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光等の迷光は、撮像素子１５の前側である光源１６側から入射されることによるものである。すなわち、撮像素子１５に対する信号光の入射方向と迷光の入射方向とが互いに逆となっているためである。
【００８５】
また、本実施の形態では、切り欠き部１９の形成範囲は、被写体１０からの反射光Ｌのうち信号光として有効な反射光Ｌを阻害しない範囲となっている。
【００８６】
ここで、本実施の形態では、カバー部２４に切り欠き部１９を形成するだけでなく、例えば、図８に示すように、切り欠き部１９にさらに遮光膜１９ａを設けることが可能である。この遮光膜１９ａによって、光路Ｌ１・Ｌ２又は光路Ｍ１・Ｍ２に関する迷光成分を遮光し、迷光対策効果を高めることができる。上記遮光膜１９ａは、例えば、カーボンブラックを混ぜ込んだ黒系の塗料やインクをインクジェットや印刷又は蒸着にて膜形成することができる。このような黒系の膜は、光を吸収するので好ましい。
【００８７】
ここで、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、大部分を遮光膜１９ａ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、上記遮光膜１９ａの形成精度が０．５ｍｍ〜１ｍと低く、全反射面に上記遮光膜１９ａ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、この遮光膜１９ａが形成できない部分に切り欠き部１９を形成することは十分可能である。
【００８８】
上記切り欠き部１９の効果について、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に基づいて説明する。図９（ａ）はカバー部２４に切り欠き部１９が無い場合の撮像素子１５における照度分布を示す分布図であり、図９（ｂ）はカバー部２４に切り欠き部１９のみが存在する場合の撮像素子１５における照度分布を示す分布図であり、図９（ｃ）はカバー部２４に切り欠き部１９を形成しさらに、遮光膜１９ａを塗布した場合の撮像素子１５における照度分布を示す分布図であり、図９（ｄ）は図９（ａ）（ｂ）（ｃ）をまとめて１つに表したグラフである。尚、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の各グラフは、切り欠き部１９がない場合の照度分布のピーク値を１として規格化して表したものである。
【００８９】
カバー部２４に切り欠き部１９が無い場合には、図９（ａ）（ｄ）に示すように、左端に強い迷光が見られる。これに対して、カバー部２４に切り欠き部１９のみが存在する場合には、図９（ｂ）（ｄ）に示すように、全体的に迷光が減っているのが分かる。このときの切り欠き部１９が無い場合を１としたときの撮像素子１５で検出される迷光の割合は計算によると０．６５となる。また、カバー部２４に切り欠き部１９を形成しさらに、遮光膜１９ａを塗布した場合には、図９（ｃ）（ｄ）に示すように、左端の強い迷光が解消されているのが分かる。このときの切り欠き部１９が無い場合を１としたときの撮像素子１５で検出される迷光の割合は計算によると０．１７となっている。
【００９０】
上述のように、本実施の形態では、カバー部２４に切り欠き部１９及び遮光膜１９ａを形成することによって、特に像のコントラストの向上等における撮像特性を改善でき、光ポインティング装置３０の特性向上、及び歩留りの改善が期待できることが判明した。
【００９１】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、透明樹脂２０の表面は透明となっているが、遮光防止を施すことも可能である。
【００９２】
具体的には、例えば、透明樹脂２０の側面上、及び被写体１０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、シリコーン樹脂若しくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂又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ることができる。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、又は被写体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。
【００９３】
以上のように、本実施の形態の光ポインティング装置３０は、被写体１０に光を照射する光源１６と、被写体１０からの反射光を内部で反射させて導光する導光型光学部材としてのカバー部２４と、カバー部２４によって導光された光を受光する撮像素子１５とを備えている。そして、カバー部２４には、被写体１０が接触する接触面１１と、導光される光を撮像素子１５に導く結像反射部としての結像素子１４と、被写体１０からの反射光の方向を変換させて結像素子１４に導く光路変換手段としての折り曲げ素子１２とが一体に形成されている。したがって、このようなカバー部２４を採用することによって、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、小型化を図ることができる。また、接触面１１、折り曲げ素子１２及び結像素子１４を一体に形成することによって、部品点数も削減することができ、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及び結像素子１４を高精度に製造することができ、接触面１１、折り曲げ素子１２、結像素子１４の位置関係も金型精度で配置することができる。したがって、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。
【００９４】
また、接触面１１、折り曲げ素子１２及び結像素子１４を、それぞれ別部品として組み立てる場合、組み立て用の当接面、嵌合形状等の形状が必要となる。さらに、迷光防止対策として、切り欠き部１９を形成することができないため、遮光シート等の別途部材や迷光防止手段が必要になり、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。
【００９５】
これに対して、一体とする場合は、上記の嵌合形状等が必要なく、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及び結像素子１４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。
【００９６】
しかしながら、接触面１１、折り曲げ素子１２及び結像素子１４が一体に形成されたカバー部２４においては、被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光等の迷光が結像素子１４を介さずに撮像素子１５に直接入射する場合があり、このような迷光は、撮像素子１５のＳ／Ｎを低下させる。
【００９７】
そこで、本実施の形態では、カバー部２４には、被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光が結像素子１４を介さずに撮像素子１５に直接入射することを防止する切り欠き部１９が撮像素子１５の直上面における少なくとも光源１６側の一部に形成されている。このため、撮像素子１５の直上面における少なくとも光源１６側の一部に切り欠き部１９が形成されていることによって、結像素子１４を介さない被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光からなる迷光が、カバー部２４の内部から出射されるときに、切り欠き部１９によって反射され、入射角度が変化し、カバー部２４の内部から出射されないようにすることができる。この結果、結像素子１４を介さない被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光からなる迷光が撮像素子１５に直接入射することを防止することができる。
【００９８】
また、本実施の形態では、迷光を防止するために、カバー部２４に切り欠き部１９を形成しているだけである。したがって、特別な、遮光壁や遮光部材を使用せず、簡単な構成で撮像素子１５に入射する迷光を抑制することができる。
【００９９】
したがって、折り曲げ素子１２及び結像素子１４が一体化されたカバー部２４を用いる場合に、簡易に、迷光による影響を低減して、被写体１０の検知精度の高い光ポインティング装置３０を提供することができる。
【０１００】
また、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、切り欠き部１９には、被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光が結像素子１４を介さずに撮像素子１５に直接入射することを防止する遮光部材としての遮光膜１９ａが設けられていることが好ましい。
【０１０１】
これにより、結像素子１４を介さない被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光からなる迷光が、カバー部２４の内部から出射されるときに、遮光膜１９ａによって遮光される。したがって、確実に、結像素子１４を介さない被写体１０からの反射光又は光源からの直接光からなる迷光が、撮像素子１５に直接入射することを防止することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、遮光部材は、黒系の膜からなっていることが好ましい。
【０１０３】
これにより、黒系の膜は光を吸収する性質を有しているので、切り欠き部１９で反射された被写体１０からの反射光又は光源からの直接光からなる迷光が、カバー部２４の内部で反射され、結像反射部にて反射されて最終的に撮像素子に入射するのを防止することができる。したがって、確実に、迷光による影響を低減して、被写体１０の検知精度の高い光ポインティング装置３０を提供することができる。
【０１０４】
また、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、光路変換手段は、被写体１０からの反射光を屈折させる折り曲げ素子１２であるプリズムからなっているとすることができる。
【０１０５】
これにより、光路変換手段として一般的なプリズムを用いることにより、容易に光路変換手段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、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１５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。
【０１０６】
また、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、結像素子１４は、球面、非球面又はトロイダル面のいずれかによって構成されている。これにより、光ポインティング装置３０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１５上に投影される像の歪量に基づいて、結像素子１４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３０のカバー部２４の光学特性をさらに向上させることができる。
【０１０７】
〔実施の形態２〕
本発明の第２の実施形態について、図１０〜図１２に基づいて説明する。図１０は、第２の実施形態の光ポインティング装置４０を示す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４２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４２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。
【０１０８】
本実施の形態の光ポインティング装置４０は、図１０に示すように、反射光Ｌを水平方向に全反射させる実施の形態１の折り曲げ素子１２に換えて、光路偏向手段としての回折素子４２を配置している。したがって、カバー部２４には折り曲げ素子１２の傾斜面１３が存在しない。
【０１０９】
また、カバー部２４は、接触面１１、回折素子４２、結像素子１４、切り欠き部１９、及び反射面１７・１８を含んでいる。カバー部２４は、基板部２６の上側に位置し、回路基板２１の両側面、透明樹脂２０におけるＹ軸の負側の側面、並びに、透明樹脂２０におけるＹ軸の正側の側面及び上表面に密着して接している。
【０１１０】
上記回折素子４２は、光源１６の上方、かつ接触面１１の下方であって、カバー部２４の裏面における当接面２４ｂにおいて基板部２６と接しない部分に位置している。回折素子４２は、被写体１０から反射された反射光Ｌを反射させて、カバー部２４の内部であって、Ｙ軸の正方向に反射光Ｌの経路を変換するものである。回折素子４２で反射された、被写体１０から反射された反射光Ｌは、反射面１７に向かう。
【０１１１】
上記回折素子４２の具体的な構成を、図１１（ａ）〜（ｅ）に基づいて説明する。図１１（ａ）は、回折素子４２の断面形状を示す概略構成図である。
【０１１２】
図１１（ａ）に示す回折素子４２は、＋１次の反射回折光を利用する反射型回折素子である。この反射型回折素子からなる回折素子４２においては、図１１（ａ）に示すように、反射率を向上させるために、回折素子４２の外側表面（Ｚ軸の負側の表面）に、例えば、アルミ、銀、金、誘電体ダイクロ膜等の反射膜４２ａを蒸着していることが望ましい。
【０１１３】
また、反射型回折素子からなる回折素子４２の形状は、＋１次光が強く発生するように、例えば、図１１（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１１（ａ）に示すブレーズ形状の回折素子４２を用いることにより、光利用効率が上がると共に、迷光となる０次光、−１次光及び高次の回折光を抑えることができる。したがって、光ポインティング装置４０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。
【０１１４】
ここで、図１１（ａ）に示すように、回折素子４２のブレーズ形状の溝深さ（Ｚ方向の長さ）をｔとすると、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。
【０１１５】
また、回折素子４２のブレーズ形状の溝パターンは、図１１（ｂ）に示すように、等ピッチの直線による溝パターンとなっており、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４２の溝ピッチは０．８〜３．０μｍの間で設計することが望ましい。
【０１１６】
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、図１１（ｃ）に示すように、回折素子４２の溝パターンを曲線とすることによって、像の歪みを補正することができる。また、図１１（ｄ）に示すように、回折素子４２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４２を設計してもよい。この場合、撮像素子１５上において、Ｘ軸方向及び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。
【０１１７】
また、図１１（ｅ）に示すように、回折素子４２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によって、像の歪み及び非点収差（アス）の両方を補正することができる。
【０１１８】
次に、回折素子４２の別の具体例として、回折素子４２として反射型フレネルレンズを用いてもよい。反射型フレネルレンズの具体的な形状を図１２に示す。図１２は、反射型フレネルレンズの断面形状を示す概略構成図である。
【０１１９】
図１２に示すように、反射型フレネルレンズの断面形状はブレーズ形状となっている。回折素子４２として反射型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４０の薄型化を実現することができる。尚、反射型フレネルレンズにおいても、反射率を向上させるために、回折素子４２の外側表面（Ｚ軸の負側の表面）に例えば、アルミ、銀、金、誘電体ダイクロ膜等の反射膜４２ａを蒸着していることが望ましい。
【０１２０】
また、回折素子４２として反射型ホログラムレンズを用いることも可能である。回折素子４２として反射型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、結像性能が上がり、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。
【０１２１】
このように、被写体１０から反射された反射光Ｌを水平方向に反射するために回折素子４２を用いると、カバー部２４にプリズムからなる折り曲げ素子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。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。
【０１２２】
また、被写体１０からの反射光Ｌを水平方向に折り曲げる光ポインティング装置（例えば、従来の技術である前記特許文献１、２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。この結果、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。
【０１２３】
本実施の形態では、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４２を用いることによって、第１の実施形態よりも光ポインティング装置４０の薄型化を図ることができる。
【０１２４】
また、本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、当接面２４ａ・２４ｂにより、透明樹脂２０におけるＹ軸の正側の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。したがって、光ポインティング装置４０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４０を実現することができる。
【０１２５】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置４０では、光路変換手段は、被写体１０からの反射光の方向を偏向させて結像素子１４に導く光路偏向手段としての回折素子４２からなっていると共に、回折素子４２は、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のいずれかによって構成されている。
【０１２６】
これにより、回折素子４２からなる光路変換手段は、プリズム等の全反射による光路変換手段よりも光の利用効率は落ちる。しかし、カバー部２４の接触面１１とは反対側に、回折素子４２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、回折素子４２の機能を含むカバー部２４を成形することができる。この結果、凹部が形成されるプリズム等の全反射による光路変換手段に比べて、凹部を形成する必要がなくなるので、カバー部２４の厚みを薄くかつ均一にすることができる。
【０１２７】
したがって、カバー部２４の薄型化を図ることができ、延いては、薄型の光ポインティング装置３０を実現することができる。
【０１２８】
加えて、回折素子４２が反射型ホログラムレンズの場合、結像素子１４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。この結果、結像素子１４の結像性能が向上し、撮像素子１５にて被写体１０の像を鮮明に撮像することができる。したがって、光ポインティング装置４０の性能を向上させることができる。
【０１２９】
〔実施の形態３〕
本発明の第３の実施形態について図１３に基づいて説明する。図１３は、第３の実施形態における光ポインティング装置５０の構成を示す概略断面構造図である。尚、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、その変更部分及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。
【０１３０】
第３の実施形態では、実施の形態１及び実施の形態２の構成に加えて、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蔽膜５１ａ・５１ｂが形成されている点が異なっている。
【０１３１】
本実施の形態の光ポインティング装置５０は、図１３に示すように、前記実施の形態１に示す光ポインティング装置３０におけるカバー部２４の接触面１１上部に、装置外部からの光を遮光する遮蔽膜５１ａ・５１ｂが形成されている。尚、図中Ｐで示すウィンドエリアは、遮蔽膜５１ａ・５１ｂ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からの光が前記遮蔽膜５１ａ・５１ｂ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。
【０１３２】
本実施の形態の光ポインティング装置５０では、該光ポインティング装置５０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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
上記遮蔽膜５１ａ・５１ｂは、具体的に外乱光を反射する例えば、アルミ、銀、金、誘電体ダイクロ膜等の反射膜でも構わないし、また、外乱光をその場で吸収する例えば、カーボンブラックを混ぜた塗料や墨等の吸収膜でも構わない。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。
【０１３５】
遮蔽膜５１ａ・５１ｂ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よい。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、遮蔽膜５１ｂは必ずしも必要ではなく、遮蔽膜５１ａのみを形成する等の措置を適宜行えばよい。
【０１３６】
尚、本実施の形態においては、図１３において、前記実施の形態１に示す光ポインティング装置３０におけるカバー部２４の接触面１１上部に、遮蔽膜５１ａ・５１ｂが形成されているものを示したが、必ずしもこれに限らず、実施の形態２の光ポインティング装置４０に遮蔽膜５１ａ・５１ｂを形成することが可能であり、その効果も本実施の形態の効果と同じである。
【０１３７】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置５０では、カバー部２４における、被写体１０が接触する接触面１１以外の表面領域には、外部からの光を遮光する少なくとも遮蔽膜５１ａが設けられている。
【０１３８】
すなわち、光ポインティング装置５０の外部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接触面１１上の被写体１０以外からの光は、光ポインティング装置５０にとっては、外乱光となる。
【０１３９】
しかし、本実施の形態では、接触面１１以外の表面領域には、外部からの光を遮光する遮蔽膜５１ａが設けられているので、外乱光の影響を抑制することができる。したがって、撮像素子１５にて撮影される像のコントラストを向上させることができる。
【０１４０】
〔第４の実施形態〕
最後に、本実施の形態の光ポインティング装置３０・４０・５０を搭載した電子機器について、図１４を用いて説明する。図１４は、前記光ポインティング装置３０・４０・５０のいずれか搭載した電子機器としての携帯電話機６０の外観を示す図である。図１４（ａ）は携帯電話機６０の正面図であり、（ｂ）は携帯電話機６０の背面図であり、（ｃ）は携帯電話機６０の側面図である。尚、図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）においては、電子機器として携帯電話機６０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（Personal Digital Assistant：携帯情報端末）、ゲーム機、テレビ等のリモコン等であってもよい。
【０１４１】
図１４に示すように、携帯電話機６０は、モニター側筐体６１及び操作側筐体６２を備えている。モニター側筐体６１は、モニター部６５及びスピーカー部６６を含み、操作側筐体６２は、マイク部６３、テンキー６４及び例えば光ポインティング装置３０を含んでいる。携帯電話機６０に搭載される光ポインティング装置３０は、必ずしもこれに限らず、光ポインティング装置４０・５０のいずれも適用可能である。
【０１４２】
なお、本実施形態において、光ポインティング装置３０は、図１４（ａ）に示すように、テンキー６４の上部に配置されているが、光ポインティング装置３０の配置方法及びその向きについては、これに限定されるわけではない。
【０１４３】
スピーカー部６６は、音声情報を外部に出力するものであり、マイク部６３は音声情報を携帯電話機６０に入力するものである。モニター部６５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３０からの入力情報を表示するものである。
【０１４４】
なお、本実施の形態の携帯電話機６０は、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、上部の筐体（モニター側筐体６１）と下部の筐体（操作側筐体６２）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６０を例として挙げている。携帯電話機６０として、折りたたみ式が主流であるため、本実施の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３０を搭載することができる携帯電話機６０は、折りたたみ式に限るものではない。
【０１４５】
近年、折りたたみ式の携帯電話機６０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６０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１４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す操作側筐体６２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６３、テンキー６４、光ポインティング装置３０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３０の薄型化は、携帯電話機６０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６０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。
【０１４６】
このように、本実施の形態の電子機器としての携帯電話機６０は、光ポインティング装置３０・４０・５０を備えている。したがって、光路変換手段及び結像反射部が一体化されたカバー部２４を用いる場合に、迷光による影響の少ない光ポインティング装置３０・４０・５０を備えた携帯電話機６０を提供することができる。
【０１４７】
尚、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】
【０１４８】
本発明は、ＰＣや携帯電話機等の入力装置に利用することができ、特に小型、薄型を要求される携帯機器に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１４９】
１０        被写体
１１        接触面
１２        折り曲げ素子（光路変換手段、プリズム）
１３        傾斜面
１４        結像素子（結像反射部）
１５        撮像素子
１６        光源
１７・１８  反射面
１９        切り欠き部
１９ａ      遮光膜
２０        透明樹脂
２１        回路基板
２４        カバー部（導光型光学部材）
２４ａ      Ｙ方向の当接面
２４ｂ      Ｚ方向の当接面
２４ｃ      底面
２５        フランジ
２６        基板部
２６ａ      底面
３０        光ポインティング装置
４０        光ポインティング装置
５０        光ポインティング装置
５１ａ      遮蔽膜（遮蔽膜）
５１ｂ      遮蔽膜
６０        携帯電話機
Ｌ        被写体からの反射光
Ｌ１・Ｌ２  被写体からの迷光
Ｍ        光源からの照射光
Ｍ１・Ｍ２  光源からの迷光
Ｐ          ウィンドエリア
θ          傾斜角度
【図１】
2011096206.tif 000003
【図２】
2011096206.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011096206.tif 000007
【図６】
2011096206.tif 000008
【図７】
2011096206.tif 000009
【図８】
2011096206.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図９】
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