(57)【要約】【課題】操作性の低下の原因となるクロストーク光を遮断することによって、被写体の像の認識精度を向上し、優れた操作性の光学式ポインティング装置を提供する。【解決手段】光学式ポインティング装置１００は、ＬＥＤ光源２によって照明された被写体１からの散乱光Ｍ２のうち、撮像素子５に形成された各画素または複数の画素からなる画素グループに対応しない撮像領域からの散乱光Ｍ２（クロストーク光）が、撮像素子５に入射するのを遮断する遮光体８を備える。【選択図】図１
2011198083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に光を照射する光源と、
上記被写体からの散乱光を結像させる結像素子と、
上記結像素子によって結像された被写体の像を撮像する撮像素子とを備えた光学式ポインティング装置において、
上記散乱光のうち、上記撮像素子に形成された各画素または複数の画素からなる画素グループに対応する撮像領域以外の撮像領域からの散乱光の少なくとも一部が、上記各画素または画素グループに入射するのを遮断する遮光体を備えることを特徴とする光学式ポインティング装置。
【請求項２】
上記結像素子は、上記結像素子の上面よりも高い面に、物側焦点面を有することを特徴とする請求項１に記載の光学式ポインティング装置。
【請求項３】
上記遮光体は、上記結像素子と撮像素子との間に形成されており、
上記遮光体には、上記撮像素子に形成された隣り合う画素または隣り合う画素グループを分割するように、開口が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ポインティング装置。
【請求項４】
上記開口は、開口径が上記撮像素子に向かうにしたがい小さくなっていることを特徴とする請求項３に記載の光学式ポインティング装置。
【請求項５】
上記遮光体は、上記結像素子と撮像素子との間に形成された空間内にのみ設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学式ポインティング装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学式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、被写体の認識精度が高く、操作性に優れた光学式ポインティング装置およびその光学式ポインティング装置を入力装置として備えた電子機器に関する。より詳細には、本発明は、携帯電話等の小型電子機器に搭載可能な超薄型の光学式ポインティング装置およ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  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯情報端末に代表される小型の電子機器では、キーパッドを利用したユーザーインターフェースが採用されている。このようなキーパッドは、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）とにより構成されている。
【０００３】
一方、近年、ディスプレイの高性能化に伴い、電子機器においても、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の採用が主流となってきている。つまり、携帯情報端末等の小型の電子機器における機能が、パーソナルコンピュータと類似に変化しつつある。このため、電子機器の入力方法も、従来の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ことで、所望する機能の動作を行う方法では不便となってきた。そこで、パーソナルコンピュータに用いられるマウスや、液晶表示装置に適用されるタッチパネルのように、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】
また、特に携帯情報端末等の電子機器は、小型化および薄型化の要求が高く、その要求に応えるべく小型および薄型の電子機器が開発されている。今後も小型化および薄型化の要求がなくなることはないため、電子機器を構成する部材も今まで以上に小型化および薄型化することが、必要不可欠となる。
【０００５】
そこで、特許文献１には、携帯情報端末に搭載可能な薄型の光学式ポインティング装置が開示されている。図１１は、特許文献１の光学式ポインティング装置５００の断面図である。
【０００６】
光学式ポインティング装置５００は、被写体の模様（例えば指紋）を、基板５１２上に形成された撮像素子５０５で観察し、被写体の模様（例えば指紋）の時間的変化を抽出することによって、被写体の移動方向を認識する。具体的には、光源５０２から被写体に光を照射し、被写体により反射された光（表面５１３からの反射光）によって形成された被写体の像を、結像素子であるマイクロレンズ５０９を用いて集光する。さらに、マイクロレンズ５０９によって結像された被写体の像をイメージセンサ等の撮像素子５０５に連続的に撮像する。そして、撮像した画像の変化量を抽出し、抽出した変化量に基づいて被写体の移動方向を認識する。この光学式ポインティング装置によれば、液体表示装置などに表示されたカーソルなどを、被写体の移動方向に合わせて、移動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２６８８５２号公報（２００６年１０月５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の光学式ポインティング装置は、本来撮像素子に入射すべきでない光が入射してしまうため、撮像素子上で鮮明な像を得ることができないという問題がある。
【０００９】
具体的には、光学式ポインティング装置５００では、複数の撮像領域に分割された被写体に対してマイクロレンズ５０９の各要素が配置される。さらに、マイクロレンズの各要素に対して、撮像素子５０５の各画素、または、複数の画素からなる画素グループが対応するようになっている。
【００１０】
図１１の光学式ポインティング装置５００は、理想的な被写体の認識状態が記載されているにすぎない。すなわち、マイクロレンズ５０９の各要素に対応する撮像領域からの反射光のみが、撮像素子５０５の各画素または画素グループに結像される状態が記載されているにすぎない。
【００１１】
しかし、実際には、撮像素子５０５には、本来入射するべきではないクロストーク光が入射してしまう。具体的には、光源５０２によって照明された被写体からの散乱光のうち、撮像素子の各画素または各画素グループに対応しない撮像領域からの散乱光は、クロストーク光となる。また、被写体からの散乱光のうち、マイクロレンズ５０９のある要素から、その要素に対応しない撮像素子５０５の画素または画素グループに集光される光線も、クロストーク光となる。
【００１２】
撮像素子５０５に入射したクロストーク光は、ノイズの原因となるため、撮像素子５０５上で鮮明な像を得ることができなくなる。その結果、光学式ポインティング装置５００における被写体の認識精度が低下してしまう。このため、誤作動が生じるなど、光学式ポインティング装置５００において最も重要である、“操作性”が低下してしまう。
【００１３】
このため、クロストーク光が撮像素子に入射するのを防止するための対策が求められる。しかし、特許文献１では、このようなクロストーク光に対する対策が何ら施されていない。
【００１４】
そこで、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、操作性の低下の原因となるクロストーク光を遮断することによって、被写体の像の認識精度を向上し、優れた操作性の光学式ポインティング装置およびそれを備えた電子機器を提供ことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る光学式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、上記被写体からの散乱光を結像させる結像素子と、上記結像素子によって結像された被写体の像を撮像する撮像素子とを備えた光学式ポインティング装置において、上記散乱光のうち、上記撮像素子に形成された各画素または複数の画素からなる画素グループに対応しない撮像領域からの散乱光の少なくとも一部が、上記各画素または画素グループに入射するのを遮断する遮光体を備えることを特徴としている。
【００１６】
本発明の光学式ポインティング装置では、撮像素子に形成された各画素または複数の画素からなる画素グループが撮像する撮像領域が決まっている。つまり、各画素または各画素グループに対応する撮像領域が決まっている。このため、光源によって照明された被写体からの散乱光のうち、撮像素子の各画素または各画素グループに対応しない撮像領域からの散乱光は、クロストーク光となる。撮像素子に入射したクロストーク光は、ノイズの原因となるため、撮像素子上で鮮明な像を得ることができなくなる。その結果、被写体の認識精度が低下する。このため、誤作動が生じるなど、ポインティング装置において最も重要である、“操作性”も低下してしまう。
【００１７】
上記の構成によれば、遮光体が、撮像素子の各画素または画素グループに本来入射するべきではないクロストーク光が入射するのを抑制する。これにより、撮像素子上で鮮明な被写体の像を得ることができる。従って、光学式ポインティング装置における被写体の認識精度を向上することができると共に、操作性に優れた光学式ポインティング装置を実現することができる。
【００１８】
なお、特許文献１に示されている光学式ポインティング装置は、結像素子としてマイクロレンズを用いているが、クロストーク光対策は何ら施されておらず、クロストーク光対策を示唆する構造もない。つまり、遮光体を設けることは全く意図されていない。このため、撮像素子の各画素または画素グループに、本来撮像すべき領域外からのクロストーク光が入射してしまう。クロストーク光が撮像素子に入射すると、ノイズとなり、撮像素子上で鮮明な像を得ることができなくなる。その結果、像の認識精度を上げることができなくなり、誤動作が多くなるなど、ポインティング装置において最も重要である“操作性”が低下してしまう。
【００１９】
本発明に係る光学式ポインティング装置において、上記結像素子は、上記結像素子の上面よりも高い面に、物側焦点面を有することが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、結像素子の物側焦点面が、結像素子の上面よりも高い面に設定されている。これにより、被写体が結像素子の上面に接触しなくても、被写体を認識することができる。つまり、被写体が結像素子に非接触状態で、光学式ポインティング装置を操作可能である。従って、被写体が結像素子の上面から離れた位置で光学式ポインティング装置を操作していても、被写体の像の認識精度を良好に保つことができる。
【００２１】
なお、特許文献１によると、結像素子は、ハウジングの上面及びハウジング表面の直上で焦点を結ぶように配置されており、ハウジングの表面もしくはハウジング表面の直上のみを撮像している。この構成では、ハウジング表面と被写体の隙間を大きくすると焦点が合わなくなってしまう。このように、特許文献１では、結像素子の物側焦点面を、結像素子の上面よりも高い面に設定することは全く意図されていない。
【００２２】
本発明に係る光学式ポインティング装置において、上記遮光体は、上記結像素子と撮像素子との間に形成されており、上記遮光体には、上記撮像素子に形成された隣り合う画素または隣り合う画素グループを分割するように、開口が形成されていることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、遮光体に形成された開口が、撮像素子上の各画素または複数の画素からなる画素グループを仕切るように形成されている。このため、遮光体の非開口部がクロストーク光を遮断する一方、遮光体の開口が、撮像素子上の各画素または複数の画素からなる画素グループに入射すべき散乱光を導く。これにより、撮像素子の隣接する画素または隣接する画素グループへのクロストーク光の入射を効果的に抑制することができる。
【００２４】
本発明に係る光学式ポインティング装置において、上記開口は、開口径が上記撮像素子に向かうにしたがい小さくなっていることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、遮光体に、結像素子の集光光線に応じた開口が形成される。これにより、クロストーク光を確実に遮断しつつ、必要な集光光線のみを撮像素子に到達させることができる。従って、撮像素子上により鮮明な被写体の像を得ることができる。
【００２６】
本発明に係る光学式ポインティング装置において、上記遮光体は、上記結像素子と撮像素子との間に形成された空間内にのみ設けられていることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、上記結像素子と撮像素子との間に、必然的に形成される空隙内にのみ遮光体が形成されている。つまり、遮光体は、光学式ポインティング装置内のスペースを有効に利用して設けられている。このため、遮光体を設けることによって、光学式ポインティング装置の厚さは増加しない。従って、光学式ポインティング装置の薄型化を維持しつつ、撮像素子へのクロストーク光の入射を抑制することができる。
【００２８】
本発明の電子機器は、上記の課題を解決するために、前記いずれかの光学式ポインティング装置を備えることを特徴としている。
【００２９】
上記の構成によれば、被写体の認識精度を向上することができると共に、操作性に優れた光学式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】
【００３０】
以上のように、本発明の光学式ポインティング装置および電子機器は、上記被写体からの散乱光のうち、上記撮像素子に形成された各画素または複数の画素からなる画素グループに対応しない撮像領域からの散乱光の少なくとも一部が、上記各画素または画素グループに入射するのを遮断する遮光体を備える構成である。それゆえ、光学式ポインティング装置における被写体の認識精度を向上することができると共に、操作性に優れた光学式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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態における光学式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】上記光学式ポインティング装置に設けられた遮光体の構造を示す断面図である。
【図３】上記遮光体によるクロストーク光の遮断効果を説明する断面図である。
【図４】上記遮光体による組立性の改善効果を示す平面図である。
【図５】上記光学式ポインティング装置に設けられた別の遮光体の構造を示す断面図である。
【図６】上記光学式ポインティング装置に設けられたさらに別の遮光体の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における光学式ポインティング装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】ファイバレンズを有する結像素子を備えた光学式ポインティング装置の部分断面図である。
【図９】屈折率分布型ファイバレンズを有する結像素子を備えた光学式ポインティング装置の部分断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態における本発明の光学式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携帯電話機を示す図であり、（ａ）は携帯電話機の正面図であり、（ｂ）は携帯電話機の背面図であり、（ｃ）は携帯電話機の側面図である。
【図１１】特許文献１の光学式ポインティング装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の光学式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、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。以下の実施形態では、一例として、光源としてＬＥＤを用いた光学式ポインティング装置について説明する。なお、以下の実施形態において、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。
【００３３】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態について、図１〜図６に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における光学式ポインティング装置１００の概略構成を示す断面図である。光学式ポインティング装置１００は、ＬＥＤモジュール４、センサモジュール７、結像素子１０、遮光体８、および、保護シート１６、およびハウジング１２を備えている。以下では、説明の便宜上、被写体１側を上方、ハウジング１２側を下方として説明する。
【００３４】
ＬＥＤモジュール４およびセンサモジュール７は、ハウジング１２上に、互いに離間して設けられている。結像素子１０は、センサモジュール７の上部に、センサモジュール７と離間して設けられている。遮光体８は、センサモジュール７と結像素子１０との間に形成された空隙に設けられている。保護シート１６は、結像素子１０の上面からＬＥＤモジュール４の上部にわたって形成されている。
【００３５】
光学式ポインティング装置１００は、検知対象物である指先等の被写体１の移動方向を検知する。具体的には、保護シート１６の上面である接触面１３に被写体１が接触すると、ＬＥＤモジュール４からの照明光Ｍ１が被写体１に照射される。被写体１に照射された照明光Ｍ１は、被写体１によって反射される。被写体１からの散乱光Ｍ２の一部は、結像素子１０によって結像され、結像された被写体１の像が、センサモジュール７によって撮像される。そして、撮像した画像の変化を、被写体１の移動方向として認識する。
【００３６】
なお、図１では、光学式ポインティング装置１００に対する被写体１の状態をわかりやすくするために、被写体１を光学式ポインティング装置１００に対して便宜的に小さく示している。
【００３７】
以下、光学式ポインティング装置１００の各部の構成について詳細に説明する。
【００３８】
ＬＥＤモジュール４は、被写体１を照明するＬＥＤ光源２と、ＬＥＤ光源２を封止するＬＥＤ光源封止樹脂３とから構成されている。ＬＥＤ光源２およびＬＥＤ光源封止樹脂３は、ハウジング１２上に配置されている。ＬＥＤ光源２は、赤外光（好ましくは８５０（ｎｍ）以上の赤外光）を発生する赤外発光ダイオードからなることが好ましい。また、ＬＥＤ光源２は、できる限り高輝度であることが好ましい。ＬＥＤ光源２は、発光面が平面であるため、光学式ポインティング装置１００の光源として好適である。
【００３９】
ＬＥＤ光源封止樹脂３は、ＬＥＤ光源２をモールドすることによって、ＬＥＤ光源２を保護する。ＬＥＤ光源封止樹脂３は、ＬＥＤ光源２から放射される光を透過する材料から形成されていればよい。例えば、ＬＥＤ光源２が赤外光を発生する赤外発光ダイオードからなる場合、ＬＥＤ光源封止樹脂３は、波長８５０（ｎｍ）以上の赤外線を透過する透明樹脂から形成することができる。この透明樹脂は、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を用いることができる。
【００４０】
ＬＥＤ光源封止樹脂３は、ＬＥＤ光源２の上方が曲面構造となっている。この曲面構造によって、ＬＥＤ光源２から放射された光線（照明光Ｍ１）を、被写体１が接触する接触面１３の方向へ効率よく導くことが可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態では、光学式ポインティング装置１００の光源として、ＬＥＤ光源２を用いている。しかし、光源はＬＥＤ光源２に限定されるものではなく、例えば、半導体レーザ等、ＬＥＤ以外の光源も適用可能である。
【００４２】
また、本実施形態では、ＬＥＤ光源２がＬＥＤ光源封止樹脂３によってモールドされ、ＬＥＤモジュール４が構成されている。しかし、ＬＥＤ光源２は、ＬＥＤ光源封止樹脂３にモールドされていなくてもよい。ただし、ＬＥＤ光源２がＬＥＤ光源封止樹脂３でモールドされていれば、ＬＥＤ光源２の保護および長寿命化につながる。このため、ＬＥＤ光源２はＬＥＤ光源封止樹脂３などで封止され、ＬＥＤモジュール４として組み込まれることが望ましい。
【００４３】
また、本実施形態では、照明光Ｍ１を被写体１が接触する接触面１３の方向に効率的に導くために、ＬＥＤ光源封止樹脂３の上面（ＬＥＤモジュール４の出射面）に、曲面構造が形成されている。しかし、ＬＥＤ光源封止樹脂３の上面の形状は、曲面構造に限定されるわけではない。例えば、ＬＥＤ光源封止樹脂３の上面の形状は、平面であってもよい。つまり、ＬＥＤ光源封止樹脂３は、直方体形状であってもよい。この場合、ＬＥＤ光源封止樹脂３に曲面構造を形成する必要がない。従って、光学式ポインティング装置１００を安価に製造することが可能となる。
【００４４】
また、ＬＥＤ光源封止樹脂３に曲面構造を設けず、照明光Ｍ１を被写体１が接触する接触面１３の方向に効率的に導くために、ＬＥＤ光源２の上部に光路変換手段を設けてもよい。例えば、照明光Ｍ１の利用効率を向上させるために、全反射面を有する光路変換手段を設け、照明光Ｍ１を接触面１３の方向に導く構造としてもよい。
【００４５】
なお、本実施形態では、被写体１を照明するために、接触面１３からＬＥＤ光源２の出射面までの厚み方向の距離は、０．４（ｍｍ）に設定されている。ただし、この距離は任意に設定すればよく特に限定されるものではない。
【００４６】
結像素子１０は、センサモジュール７の上部に設けられ、被写体１の散乱光Ｍ２の一部をセンサモジュール７に結像する。結像素子１０の下面１０ａには、ＬＥＤ光源２によって照明された被写体１の散乱光Ｍ２の一部を結像するため、マイクロレンズ９が形成されている。マイクロレンズ９は、結像素子１０の上面（表面）１０ｂよりも上部で焦点が合うように設定されている。本実施形態では、結像素子１０の上面１０ｂから上方に０．３（ｍｍ）離れた位置に焦点が合うように設定されている。このように、マイクロレンズ９の焦点位置が、結像素子１０の上面１０ｂから離れていれば、被写体１が結像素子１０の上面１０ｂに接触しなくても、被写体１を認識することができる。つまり、被写体１が結像素子１０に非接触状態で、光学式ポインティング装置１００を操作可能である。
【００４７】
なお、マイクロレンズ９は、アクリルやポリカーボネート等の樹脂またはＳｉＯ２ などを含んだ硝材で形成されている。
【００４８】
結像素子１０は、被写体１からの散乱光Ｍ２の一部をセンサモジュール７に結像させることができれば、その構成は特に限定されるものではない。また、結像素子１０は、マイクロレンズ９を有さない構成であってもよい。
【００４９】
センサモジュール７は、撮像素子５と、撮像素子５を封止するセンサ封止樹脂６とから構成されている。撮像素子５は、結像素子１０によって集光された被写体１の像を撮像する。撮像素子５は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサ等のイメージセンサである。撮像素子５の上面には、複数の画素がマトリクス状に配置された受光領域が形成されている。
【００５０】
上述のマイクロレンズ９の各要素は、撮像素子５の各画素または複数の画素からなる画素グループに対応するように形成されている。撮像素子５は、その各画素または画素グループに被写体１を分割して、被写体１を撮像する。撮像素子５は、マイクロレンズ９で集光された被写体１の像を一定間隔で撮像し続け、遂次データとして取り込む。より詳細には、撮像素子５は、被写体１からの散乱光Ｍ２を、結像素子１０（マイクロレンズ９）を介して受光する。さらに、撮像素子５は、受光した光に基づいて被写体１の像を結像し、撮像データに変換する。撮像素子５は、図示しないＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を備え、受光した光をＤＳＰに画像データとして取り込む。このようにして、撮像素子５は、被写体１の像を一定の間隔で撮影し続ける。
【００５１】
このように、被写体１である指先の凹凸像は、撮像素子５において、ピクセルデータとして取り込まれる。このため、被写体１の移動量および移動方向の判定（認識精度）は、ピクセルデータの量が多いほど、高くなる。また、撮像素子５上におけるＳ／Ｎ比は、１つのピクセルデータとして取り込まれる光量が多いほど、高くなる。つまり、ピクセルデータの量が多く、各ピクセルデータに取込まれる光量が多いほど、被写体１の認識精度が高くなる。撮像素子５において、被写体１の像の認識精度を確保するために必要な被写体１の撮像面積（受光領域の面積）は、被写体１に応じて設定すればよい。例えば、指先である被写体１の指紋を認識する場合、撮像面積は、指紋の凹凸模様２本分（約１ｍｍ）以上が望ましい。これにより、指先の移動量および移動方向の認識精度を高めることができる。
【００５２】
センサ封止樹脂６は、撮像素子５をモールドすることによって、撮像素子５を保護する。センサ封止樹脂６は、撮像素子５で受光すべき散乱光Ｍ２を透過する材料から形成されていればよい。例えば、センサ封止樹脂６は、ＬＥＤ光源封止樹脂３と同様の透明樹脂から形成することができる。例えば、センサ封止樹脂６は、波長８５０（ｎｍ）以上の赤外線を透過する透明樹脂から形成することができる。この透明樹脂は、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を用いることができる。このように、撮像素子５がセンサ封止樹脂６でモールドされていれば、撮像素子５の保護および長寿命化につながる。このため、撮像素子５は、センサ封止樹脂６で封止されていることが望ましい。
【００５３】
なお、光学式ポインティング装置１００では、ＬＥＤ光源２を含むＬＥＤモジュール４と、撮像素子５を含むセンサモジュール７とが、互いに離間して、ハウジング１２上に配置されている。しかし、ＬＥＤ光源２と撮像素子５とが同一の樹脂内にモールドされていてもよい。つまり、ＬＥＤ光源封止樹脂３とセンサ封止樹脂６とが一体となっていてもよい。ただし、この場合、ＬＥＤ光源２から放射された照明光Ｍ１が、被写体１が接触する接触面１３の方向に導かれずに、ＬＥＤモジュール４とセンサモジュールと７が同一に封止されたモールド内部を導波し、撮像素子５に入射する可能性がある。つまり、撮像素子５に入射するべきでない光が入射する可能性がある。この光は、本来撮像素子５に結像する被写体１の像のシグナルに対するノイズとなる。その結果、鮮明な画像を得にくくなる。従って、撮像素子５でノイズの少ない鮮明な被写体１の像を得るためには、光学式ポインティング装置１００のように、ＬＥＤモジュール４とセンサモジュール７とが、互いに離間していることが好ましい。つまり、ＬＥＤ光源２と撮像素子５とが、それぞれ別々の樹脂（ＬＥＤ光源封止樹脂３、センサ封止樹脂６）によりモールドされていることが好ましい。
【００５４】
遮光体８は、結像素子１０と撮像素子５との間に配置されている。遮光体８は、被写体１からの散乱光Ｍ２を透過しない材料（散乱光Ｍ２を遮光する材料）から形成されている。遮光体８は、光路を確保するため開口８ａを有しており、この開口８ａは、撮像素子５の隣り合う画素または複数の画素からなる画素グループを分割するように形成されている。つまり、開口８ａは、マイクロレンズ９の各要素に対応するように形成されている。本実施形態では、開口８ａは、結像素子１０から撮像素子５に進むにしたがい小さくなったテーパ形状である。なお、遮光体８の上面は結像素子１０に接しており、下面はセンサモジュール７に接している。つまり、結像素子１０と撮像素子５の間の領域には、光路を除いて隙間がない。このように、遮光体８は、開口８ａによって被写体１からの散乱光Ｍ２のうち必要な散乱光Ｍ２を撮像素子５に入射させ、不要な散乱光Ｍ２を遮断する。これにより、光学式ポインティング装置１００における、被写体１の像の認識精度を向上させることと共に、光学式ポインティング装置１００の操作性の向上に寄与している。遮光体８の詳細については後述する。
【００５５】
保護シート１６は、光学式ポインティング装置１００の表面に形成されており、保護すべき部材を覆うように形成されている。図１では、保護シート１６は、ＬＥＤモジュール４の上部および結像素子１０の上面を覆う１枚のシートである。保護シート１６の上面は、光学式ポインティング装置１００の表面となり、保護シート１６の上面の一部が被写体１の接触する接触面１３となる。このため、保護シート１６は、ＬＥＤ光源２からの照明光Ｍ１を透過する材料から形成されていればよい。例えば、保護シート１６は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの材料から形成することができる。
【００５６】
本実施形態では、上述のように、結像素子１０の上面１０ｂから上方に０．３（ｍｍ）離れた位置に焦点が合うように設定されている。このため、保護シート１６の厚さは０．３（ｍｍ）としている。つまり、保護シート１６の下面が結像素子１０の上面１０ｂに接している。
【００５７】
ところで、近年、光学式ポインティング装置１００を備えた小型の電子機器（例えば携帯電話機など）には、小型化・薄型化だけでなく、付加機能（多機能化）も求められるようになっている。例えば、防水性に優れた商品の開発が進んでおり、電子機器を構成する部材の防水化に対する要望が強い。このため、保護シート１６は、防水シートであることが好ましい。これにより、防水機能を持つ光学式ポインティング装置１００を実現することができる。このように、付与したい機能を有する保護シート１６を用いれば、光学式ポインティング装置１００を多機能化することができる。
【００５８】
ハウジング１２は、ＬＥＤモジュール４およびセンサモジュール７を実装する筺体である。ハウジング１２は、図示しない回路を有しており、この回路により、ＬＥＤモジュール４およびセンサモジュール７と電気的に接続される。これにより、ＬＥＤ光源２の発光タイミングの制御、撮像素子５から出力される電気信号の処理などが可能となる。
【００５９】
次に、図１に基づいて、光学式ポインティング装置１００による被写体１の認識方法について説明する。ＬＥＤ光源２より放射された照明光Ｍ１は、保護シート１６内部を一部透過して、被写体１が接触する接触面１３を照明する。接触面１３には、被写体１である指が接しているため、接触面１３を介して被写体１が照明される。被写体１に照射された照明光Ｍ１は、指紋等の凹凸により接触面１３上で散乱する。被写体１によって散乱した散乱光Ｍ２の一部は、被写体１が接触する接触面１３に対して垂直方向に散乱する。この垂直方向に散乱した散乱光Ｍ２の一部の光線は、保護シート１６内部を透過し、結像素子１０に入射する。結像素子１０に入射した散乱光Ｍ２は、結像素子１０から射出される際に、結像素子１０の下面に設けられたマイクロレンズ９で集光される。マイクロレンズ９によって集光された被写体１の散乱光Ｍ２は、遮光体８の開口８ａを経て、結像素子１０の下部に配置された撮像素子５の上に結像する。撮像素子５は、結像素子１０によって集光された被写体１の像を撮像し、一定間隔で撮像し続け、遂次データとして取り込む。例えば、被写体１が接触面１３上を平面移動した場合、撮像素子５により撮像された画像は、直前に撮像された画像とは、所定量ずれる。撮像素子５は、被写体１が移動する前の画像と被写体１が移動した後の画像とにおいて、同一部分のずれ量を図示しないＤＳＰなどで比較する。光学式ポインティング装置１００は、この比較結果に基づいて、被写体１の移動量と移動方向を判断している。そして、このずれ量を、例えば、携帯電話の液晶画面に表示されているカーソルやポインタの動きに変換することで、光学式ポインティング装置１００として機能させている。
【００６０】
光学式ポインティング装置１００における被写体１の認識精度を高めるためには、撮像素子５上で鮮明な像を得ることが重要である。つまり、被写体１からの散乱光Ｍ２は、マイクロレンズ９の各要素に対応する撮像素子５の画素または画素グループにのみ集光されるべきである。一方、被写体１からの散乱光Ｍ２が、マイクロレンズ９のある要素から、その要素に対応しない撮像素子５の画素または画素グループに集光されると、その光は、クロストーク光となる。撮像素子５に入射したクロストーク光は、ノイズの原因となるため、撮像素子５上で鮮明な像を得ることができなくなる。その結果、被写体１の認識精度が低下する。このため、誤作動が生じるなど、ポインティング装置において最も重要である、“操作性”も低下してしまう。
【００６１】
そこで、光学式ポインティング装置１００は、このようなクロストーク光対策として、遮光体８を備えている。光学式ポインティング装置１００は、遮光体８が撮像素子５へのクロストーク光の入射を低減することによって、被写体１の認識精度を高めている。
【００６２】
ここで、遮光体８によるクロストーク光の遮断効果について、図２および図３に基づいて説明する。図２は、光学式ポインティング装置１００に設けられた遮光体の構造を示す断面図である。図３は、遮光体によるクロストーク光の遮断効果を説明する断面図である。なお、図２は、被写体１で散乱された散乱光Ｍ２がマイクロレンズ９で集光され、撮像素子５に到達するまでの経路を示している。ただし、図２には、説明の簡略化のために、被写体１、および、被写体１を照明するためのＬＥＤモジュール４、結像素子１０と保護シート１６との境界等を省略している。しかし、図１と同様、被写体１が、保護シート１６上面の接触面１３に接触し、光学式ポインティング装置１００を操作するものとする。
【００６３】
図３のように、光学式ポインティング装置１００では、被写体１が接触する接触面１３は、複数の撮像領域Ｘ１、Ｘ２…（μｍ）に分割されている。一方、上述のように、撮像素子５は、複数の画素がマトリクス状に配置された受光領域Ｙ１、Ｙ２…を有する。各受光領域Ｙ１、Ｙ２…（μｍ）は、対応する撮像領域Ｘ１、Ｘ２…を撮像する。つまり、撮像領域Ｘ１は、受光領域Ｙ１に結像され、撮像領域Ｘ２は、受光領域Ｙ２に結像される。また、マイクロレンズ９の各要素は、各撮像領域Ｘ１、Ｘ２…に対応している。
【００６４】
ここで、理想的には、各撮像領域Ｘ１、Ｘ２…からの散乱光Ｍ２が、マイクロレンズ９によって、対応する各受光領域Ｙ１、Ｙ２…にのみ集光されることが好ましい。例えば、図中破線で示すように、撮像領域Ｘ１からの散乱光Ｍ２のみが、対応する受光領域Ｙ１にのみ集光されることが好ましい。
【００６５】
しかし、遮光体８がない場合、撮像領域Ｘ１以外の撮像領域Ｘ２…からの散乱光Ｍ２が、受光領域Ｙ１に入射してしまう。このような撮像領域Ｘ１以外の撮像領域Ｘ２…から受光領域Ｙ１に入射する光は、受光領域Ｙ１におけるクロストーク光となる。
【００６６】
このように、撮像素子５に形成された各画素または複数の画素からなる画素グループは、被写体１を撮像するための撮像領域Ｘ１、Ｘ２…が決まっている。そして、対応する撮像領域以外の撮像領域からの散乱光Ｍ２は、クロストーク光となる。光学式ポインティング装置１００は、このクロストーク光の少なくとも一部を遮断するために、遮光体８を備えている。
【００６７】
具体的には、図２のように、遮光体８を備えた場合、撮像領域Ｘ２からの散乱光Ｍ２のうち、受光領域Ｙ１に入射する光線は、遮光体８によって遮断される。このため、受光領域Ｙ１におけるクロストーク光は、受光領域Ｙ１に入射しない。一方、撮像領域Ｘ１からの散乱光Ｍ２のうち、受光領域Ｙ１に入射すべき光線は、遮光体８の開口８ａを通って、受光領域Ｙ１に入射する。
【００６８】
同様に、撮像領域Ｘ１からの散乱光Ｍ２のうち、受光領域Ｙ２に入射する光線は、遮光体８によって遮断される。このため、受光領域Ｙ２におけるクロストーク光は、受光領域Ｙ２に入射しない。一方、撮像領域Ｘ２からの散乱光Ｍ２のうち、受光領域Ｙ２に入射すべき光線は、遮光体８の開口８ａを通って、受光領域Ｙ２に入射する。
【００６９】
このように、遮光体８の非開口部がクロストーク光を遮断する一方、遮光体８の開口８ａが、各撮像領域Ｘ１、Ｘ２…の撮像に必要な散乱光Ｍ２を、対応する受光領域Ｙ１、Ｙ２…に導く。これにより、撮像素子５の受光領域Ｙ１、Ｙ２…へのクロストーク光の入射を効果的に抑制することができる。このため、撮像素子５上で鮮明な被写体１の像を得ることができる。その結果、光学式ポインティング装置１００における被写体１の認識精度を向上することができると共に、操作性に優れた光学式ポインティング装置１００を実現することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、結像素子１０は、結像素子１０の上面１０ｂよりも上部で焦点が合うように設定されている。つまり、マイクロレンズ９の焦点位置が、結像素子１０の上面１０ｂから離れている。言い換えれば、結像素子１０は、結像素子１０の上面１０ｂよりも高い面に、物側焦点面を有する。これにより、被写体１が結像素子１０の上面１０ｂに接触しなくても、被写体１を認識することができる。つまり、被写体１が結像素子１０に非接触状態で、光学式ポインティング装置１００を操作可能である。従って、被写体１が結像素子１０の上面１０ｂから離れた位置で光学式ポインティング装置１００を操作していても、被写体１の像の認識精度を良好に保つことができる。
【００７１】
また、本実施形態では、保護シート１６が、結像素子１０の上面１０ｂとマイクロレンズ９の焦点位置との間に形成される空間を埋めるように挿入されている。つまり、保護シート１６の下面が結像素子１０の上面１０ｂに接している。
【００７２】
一般的に、屈折率の高い材料からなる層から空気層へ光が射出する際、各層の界面での全反射が問題となる。この界面で全反射した光線は、散乱・乱反射を繰り返し、撮像素子５にノイズとして入射しＳ／Ｎ比を下げる可能性がある。また、全反射による光量ロスが多くなり、被写体１に照射される光量が低下するため、撮像素子５上での光量が低下してしまう。このような問題を避けるため、保護シート１６は、透過率が高い接着剤等を用いて、結像素子１０の上面１０ｂに密着させることが好ましい。透過率が高い接着剤としては、例えば、シリコーン系の接着剤を用いることができる。このように保護シート１６を結像素子１０に密着させれば、Ｓ／Ｎ比が低下することも、撮像素子５上での光量が低下することもない。従って、被写体１の像の認識精度を良好に保つことができる。
【００７３】
一方、保護シート１６から空気層に射出される光線が、明らかに全反射しない条件であれば、保護シート１６を、接着剤等を用いて結像素子１０に密着させる必要はない。これにより、接着剤が不要となるため、光学式ポインティング装置１００を安価に製造することができる。
【００７４】
なお、図２および図３において、撮像領域Ｘ１、Ｘ２、…の幅は、全て同一である。また、各撮像領域Ｘ１、Ｘ２、…が結像する受光領域Ｙ１、Ｙ２、…の幅も、全て同一である。受光領域Ｙ１、Ｙ２は、隣り合う画素のピッチまたは隣り合う画素グループのピッチを示す。従って、Ｘ１（μｍ）＝Ｘ２（μｍ）＝Ｙ１（μｍ）＝Ｙ２（μｍ）となる。例えば、撮像素子５の受光領域Ｙ１、Ｙ２のピッチが３０（μｍ）のイメージセンサを用い、１つの撮像領域Ｘ１またはＸ２に対して、１つの画素からなる受光領域Ｙ１またはＹ２が対応する場合、Ｘ１（μｍ）＝Ｘ２（μｍ）＝Ｙ１（μｍ）＝Ｙ２（μｍ）＝３０（μｍ）となる。つまり、この場合、マイクロレンズ９の１つの要素に対して、１つの画素からなる受光領域Ｙ１またはＹ２が対応し、１つの受光領域Ｙ１（１つの画素）が撮像する領域が３０（μｍ）となる。また、従って、高解像度の光学式ポインティング装置１００を実現することができる。
【００７５】
一方、１つの撮像領域Ｘ１またはＸ２に対して、２つの画素で構成される画素グループからなる受光領域Ｙ１またはＹ２が対応する場合、Ｘ１（μｍ）＝Ｘ２（μｍ）＝Ｙ１（μｍ）＝Ｙ２（μｍ）＝６０（μｍ）となる。つまり、この場合、マイクロレンズ９の１つの要素に対して、撮像素子５の２つの画素で構成される画素グループからなる受光領域Ｙ１またはＹ２が対応し、１つの受光領域Ｙ１（１つの画素グループ）が撮像する領域が６０（μｍ）となる。このように、マイクロレンズ９の１つの要素に対して、複数の画素で構成される画素グループが対応する場合、高い解像度が不要な光学式ポインティング装置１００を実現することができる。また、この場合、精度の高い組み立て調整が不要なため、高価な調整装置を必要としない。従って、光学式ポインティング装置１００を安価に製造することができる。
【００７６】
また、図２において、被写体１が接触する接触面１３を有する保護シート１６の厚さを、０．３（ｍｍ）、マイクロレンズ９を含む結像素子１０の厚さを０．１（ｍｍ）、結像素子１０（マイクロレンズ９）が屈折率１．６の材料から形成されており、マイクロレンズ９と撮像素子５との間の開口８ａ（空気層）の屈折率が１．０とする。この場合、被写体１が接触する接触面１３からマイクロレンズ９までの距離ｆ１（ｍｍ）は、０．４（ｍｍ）となる（ｆ１＝０．３（ｍｍ）＋０．１（ｍｍ）＝０．４（ｍｍ））。一方、マイクロレンズ９から撮像素子５までの距離ｆ２（ｍｍ）は、０．０６（ｍｍ）である。従って、これらの関係から、光学式ポインティング装置１００における光学系の厚さは０．４６（ｍｍ）となっている。また、これらの関係を満たすように設計されたマイクロレンズの曲率半径は、０．０５（ｍｍ）となっている。
【００７７】
一般的に、焦点距離ｆ（ｍｍ）、曲率半径Ｒ１（ｍｍ）、Ｒ２（ｍｍ）の単レンズにおいて、単レンズの屈折率をｎとすると、下記（１）式が成立する。
【００７８】
【数１】
2011198083.tif 000003
【００７９】
曲率半径が微小なマイクロレンズ９の成形は困難であるが、例えば以下に示すような方法で製造することが可能である。
【００８０】
まず、ガラス基板にマイクロレンズ９を成形するための高屈折率樹脂層及びレジスト（ポジ）を塗布する。ここで用いる高屈折率樹脂層は、屈折率が高ければ高い程、焦点距離ｆを短くすることができる。つまり、結像素子１０から撮像素子５までの距離を短くすることができる。従って、光学系（結像素子１０、マイクロレンズ９）の厚さを削減する効果、ひいては光学式ポインティング装置１００の薄型化の効果が大きい。なお、ＬＥＤ光源２が８５０（ｎｍ）以上の赤外光を発生する赤外発光ダイオードである場合、この高屈折率樹脂層の屈折率は１．６以上であることが望ましい。
【００８１】
次に、ガラス基板の上に塗布されたレジストを、所望のマイクロレンズ９の形状に対応したグレースケールフォトマスクで覆い、露光機によって、ガラス基板上にマイクロレンズ９を生成したい方向から露光する。グレースケールフォトマスクとは、所望のマイクロレンズ９の形状を得るために、中心部分から連続的に透過率を変化させたフォトマスクである。このため、グレースケールフォトマスクを用いれば、ガラス基板上に塗布されたレジストの露光時間を適正に調整することによって、所望のマイクロレンズ９をガラス基板表面に成形することができる。その後、反応レジストをエッチングにより除去すると、ガラス基板上に所望のマイクロレンズ９が形成される。
【００８２】
結像素子１０やマイクロレンズ９などの光学系の厚さに加え、撮像素子５が撮像した被写体１の像を生成し、被写体１の操作方向を認識するための回路基板や、回路基板の下に決定ボタンとして設けられるスイッチの厚さを考慮すると、光学式ポインティング装置１００の全厚さは、１．２（ｍｍ）程度となる。この回路基板やスイッチは、光学式ポインティング装置１００の機械強度を確保するために、ある程度の厚さを確保する必要がある。また、ダイシング工程などを経て、一度に大量に生産する。このため、回路基板やスイッチを薄型化することはできない。
【００８３】
そこで、光学式ポインティング装置１００では、薄型化を達成するために、結像素子１０から撮像素子５の表面までの距離をなるべく近づけることによって、光学系の厚さを小さくしている。そのためには、マイクロレンズ９の焦点位置をなるべく撮像素子５に近づける必要がある。このため、マイクロレンズ９の曲率半径が０．０５（ｍｍ）と極めて小さくなっている。
【００８４】
図２では、被写体１を撮像する撮像領域Ｘ１、Ｘ２が、撮像素子５の受光領域Ｙ１、Ｙ２と、１対１に対応している。この場合、被写体１が接触する接触面１３からマイクロレンズ９までの距離ｆ１と、マイクロレンズ９から撮像素子５までの距離ｆ２とが、ｆ１（ｍｍ）≧ｆ２（ｍｍ）であることが好ましい。これにより、クロストーク光の遮断する効果を大きくすることができる。一方、ｆ１（ｍｍ）＝ｆ２（ｍｍ）を満たす時、被写体１の像倍率は１（倍）となる。また、マイクロレンズ９の各要素によって集光された光線の撮像素子５上における光径をｄ（ｍｍ）とすると、マイクロレンズ９の配置によって決定されるｆ１（ｍｍ）、ｆ２（ｍｍ）及びこれらの比（ｆ１／ｆ２）によって決定される倍率をβとすると、ｄ（ｍｍ）＝Ｘ１・β（ｍｍ）＝Ｘ２・β（ｍｍ）となるが、０≦β≦１であることから、ｄ≦Ｘ１、ｄ≦Ｘ２となる。
【００８５】
ところで、光学式ポインティング装置１００では、結像素子１０と撮像素子５とが離間して設けられる。このため、結像素子１０と撮像素子５との間には、必然的に空隙（空間）が存在する。そこで、光学式ポインティング装置１００では、遮光体８が、この空隙内（空間内）にのみ形成されている。つまり、遮光体８は、光学式ポインティング装置１００内のスペースを有効に利用して設けられている。このため、遮光体８を設けることによって、光学式ポインティング装置１００の厚さは増加しない。従って、光学式ポインティング装置１００の薄型化を維持しつつ、撮像素子５へのクロストーク光の入射を抑制することができる。
【００８６】
また、本実施形態では、遮光体８の厚さと、結像素子１０と撮像素子５との間の空隙の高さ（撮像素子５から結像素子１０の距離）とは、同一である。これにより、撮像素子５へのクロストーク光の入射を効果的に抑制することができる。
【００８７】
さらに、本実施形態では、図２のように、遮光体８は、マイクロレンズ９の各要素の外周部と、マイクロレンズ９の各要素によって集光された光線の撮像素子５上における光径ｄ（つまりマイクロレンズ９の各要素によって集光された光線の集光領域）の外周とを直線で結ぶテーパ形状となっている。すなわち、遮光体８の開口８ａは、開口径が撮像素子５に向かうにしたがい小さくなっている。言い換えれば、遮光体８の非開口部は、撮像素子５の上面（受光面）に対して平行方向の断面が、撮像素子５に向かうにしたがって大きくなっている。このように、遮光体８は、マイクロレンズ９の集光光線に応じた、開口８ａを有する。これにより、クロストーク光を確実に遮断しつつ、必要な集光光線のみを撮像素子５に到達させることができる。従って、撮像素子５上により鮮明な被写体１の像を得ることができる。
【００８８】
さらに、このようなテーパ状の遮光体８の場合、遮光体８の射出端が、マイクロレンズ９の有効径よりも小さくなる。言い換えれば、上述の光径ｄが、撮像領域Ｘ１、Ｘ２の幅よりも小さくなる。このため、光学式ポインティング装置１００の製造時に撮像素子５に対する遮光体８の位置合わせ精度を緩和することができる。具体的には、図４は、遮光体８による組み立て性の改善効果を示す平面図であり、（ａ）は設計中心で遮光体８が配置された場合、（ｂ）は組み立て時に位置合わせに誤差が生じた場合をそれぞれ示している。なお、図４中の１マスは、撮像素子５における各画素または画素グループを示している。
【００８９】
図４の（ａ）のように、設計中心で遮光体８が配置された場合、撮像素子５の各画素または画素グループの中央に、マイクロレンズ９によって集光された集光スポット１４が形成される。つまり、マイクロレンズ９の各要素と、撮像素子５の各画素または画素グループとが１：１に対応している。
【００９０】
一方、図４の（ｂ）のように、組み立て時に設計中心よりも位置合わせに誤差が生じたとしても、撮像素子５の各画素または画素グループ内に、マイクロレンズ９によって集光された集光スポット１４が形成されている。つまり、マイクロレンズ９の各要素と、撮像素子５の各画素または画素グループとが１：１に対応している。このため、撮像素子５の各画素または画素グループには、本来入射すべき光線のみが入射し、クロストーク光は入射しない。これにより、撮像素子５へのクロストーク光の入射を抑制することができる。従って、被写体１の像の認識精度を良好に保つことができる。
【００９１】
このように、遮光体８の射出端がマイクロレンズ９の有効径よりも小さい場合、組み立て時に遮光体８（結像素子１０）と撮像素子５との配置関係がある程度ずれても、各画素または各画素グループと撮像領域を１対１の関係に保つことができる。つまり、精度の高いアライメントを行う必要がないため、光学式ポインティング装置１００の製造効率が向上する。
【００９２】
光学式ポインティング装置１００では、遮光体８および結像素子１０が、撮像素子５上に配置された構造である。このような構造は、結像素子１０と撮像素子５を配置した後に、遮光体８を配置して作製してもよいし、結像素子１０と遮光体８とを一体成形した後に、その一体成形体を撮像素子５上に配置して作製してもよい。前者の場合、複数の工程を経て成形することになる。また、結像素子１０と撮像素子５を配置した後に、遮光体８を配置しようとすると、高度な組み立て精度を必要とする。このため、組み立て性の向上やコスト削減のために、後者のように、結像素子１０と遮光体８とを一体成形で作製するのが望ましい。すなわち、上述した、半導体生成プロセスに用いられる、レジストやエッチングを用いたマイクロレンズ９の製法を応用し、遮光体８を製造することが好ましい。以下、結像素子１０（マイクロレンズ９）と遮光体８とを一体成形する場合の遮光体８の製造方法について簡略化して説明する。
【００９３】
先にマイクロレンズ９の製法として述べたが、まず、ガラス基板にマイクロレンズ９を成形するための高屈折率樹脂層及びレジスト（ポジ）を塗布する。ここで用いる高屈折率樹脂層は、屈折率が高ければ高い程、焦点距離を短くすることができる。つまり、結像素子１０から撮像素子５までの距離を短くすることができる。従って、光学系（結像素子１０、マイクロレンズ９）の厚さを削減する効果、ひいては光学式ポインティング装置１００の薄型化の効果が大きい。なお、ＬＥＤ光源２が８５０（ｎｍ）以上の赤外光を発生する赤外発光ダイオードである場合、この高屈折率樹脂層の屈折率は１．６以上であることが望ましい。
【００９４】
次に、ガラス基板の上に塗布されたレジストを、所望のマイクロレンズ９の形状に対応したグレースケールフォトマスクで覆い、露光機によって、ガラス基板上にマイクロレンズ９を生成したい方向から露光する。グレースケールフォトマスクとは、所望のマイクロレンズ９の形状を得るために、中心部分から連続的に透過率を変化させたフォトマスクである。このため、グレースケールフォトマスクを用いれば、ガラス基板上に塗布されたレジストの露光時間を適正に調整することによって、所望のマイクロレンズ９をガラス基板表面に成形することができる。その後、反応レジストをエッチングにより除去すると、ガラス基板上に所望のマイクロレンズ９が生成される。
【００９５】
このようにして形成されたマイクロレンズ９の表面に、例えばベークライトをベースにしたレジンシートのような感光性樹脂層を配置する。そして、遮光マスク付き露光用マイクロレンズを、感光性樹脂層とは反対の面に配置し、露光機で露光する。この遮光マスク付き露光用マイクロレンズは、マスタ部材であり、同一形状のマイクロレンズ９を生成する際には、繰り返して利用できる。遮光マスク付き露光用マイクロレンズを露光すると、感光性樹脂層は、光線が透過する領域のみ反応し、光線が透過しない部分は、未反応の遮光マスクとしてマイクロレンズ９の下部に残留する。つまり、マイクロレンズ９によって撮像素子５上に到達する光線の光路のみ穴が開いた遮光体８が形成される。このように形成された遮光体８付き結像素子１０を、例えば、アルカリ溶液などで再びエッチングすると、反応した遮光性樹脂層が取り除かれる。これにより、マイクロレンズ９によって集光される光線の経路に沿った遮光体８が、結像素子１０と一体で生成される。従って、遮光体８と結像素子１０とを別々に組み立てるプロセスと比較すると、結像素子１０への遮光体８の配置にかかる手間を省くことができ、歩留まりを向上することができる。また、精度の高いアライメントを必要としないため、結像素子１０、マイクロレンズ９および遮光体８からなる光学部材を安価にすることができる。組み立て時には、このようにして形成した光学部材を、撮像素子５の上に配置するだけで、撮像用のモジュールを組み立てることができる。このようにして形成された遮光体８は、遮光体８の射出端がマイクロレンズ９の有効径よりも小さくなる。このため、もし、組み立て時に結像素子１０（遮光体８）と撮像素子５がお互いにずれてしまっても（つまりアライメントの精度が低くても）、撮像素子５上の各画素または画素グループと、各画素または画素グループが撮像する領域とは、１対１に対応する。このため、クロストーク光は、遮光体８によって、撮像素子５に入射する前に遮断される。従って、被写体像の認識精度は低下しない。
【００９６】
なお、光学式ポインティング装置１００では、保護シート１６を備えている。このため、保護シート１６上に結像素子１０（マイクロレンズ９）を一体成形したり、保護シート１６上に結像素子１０と遮光体８とを一体成形したりすることも可能である。これにより、結像素子１０および遮光体８を別々に組み立てる場合よりも配置精度を高めることができる。また、上述のように精度の高いアライメントを行う必要がないため、組み立て精度を緩和することも可能となる。
【００９７】
なお、遮光体８は、クロストーク光の少なくとも一部が遮断される形状であればよく、このようなテーパ形状に限定されるものではない。例えば、遮光体８は、マイクロレンズ９の各要素の外周部と、マイクロレンズ９の各要素によって集光された光線の撮像素子５上における光径ｄの外周とを曲線で結ぶ形状（曲面構造）であってもよい。この場合も、遮光体８と同様に、クロストーク光を効率的に遮断することができる。また、精度の高いアライメントを行う必要がないため、光学式ポインティング装置１００の製造効率が向上する。
【００９８】
また、図５は、別の遮光体１８の構成を示す断面図である。図５の遮光体１８は、遮光体８と同様に、撮像素子５の隣り合う画素または複数の画素からなる画素グループを分割する開口８ａを有する。ただし、遮光体１８はテーパ形状ではなく、撮像素子５の上面に対して垂直な面を有する。遮光体８と同様に、遮光体１８の射出端は、マイクロレンズ９の有効径（つまり撮像領域Ｘ１、Ｘ２の幅）よりも小さい。このため、遮光体１８も、遮光体８と同様に、クロストーク光を効率的に遮断することができる。また、精度の高いアライメントを行う必要がないため、光学式ポインティング装置１００の製造効率が向上する。
【００９９】
また、図６は、別の遮光体２８の構成を示す断面図である。図６の遮光体２８は、ピンホールなどの大きさの異なる微小な口径を有する板材のアパチャを、複数精度良く組み合わせた構成である。また、これらのアパチャは、撮像素子５に近づくに連れて、射出端が小さくなっているように配置されている。さらに、遮光体２８は、遮光体８と同様に、撮像素子５の隣り合う画素または複数の画素からなる画素グループを分割するようになっている。このため、遮光体２８も、遮光体８と同様に、クロストーク光を効率的に遮断することができる。また、精度の高いアライメントを行う必要がないため、光学式ポインティング装置１００の製造効率が向上する。さらに、ピンホールは単価が安く、高い技術を必要としない。従って、光学式ポインティング装置１００を安価に製造することができる。
【０１００】
以上のように、本実施形態の光学式ポインティング装置１００は、クロストーク光を遮断するために遮光体８を備えている。これにより、撮像素子５上で鮮明な画像を得ることができる。従って、被写体１の像の認識精度が向上し、操作性に優れた光学式ポインティング装置１００を実現することができる。
【０１０１】
また、光学式ポインティング装置１００は、結像素子１０としてマイクロレンズが用いられており、結像素子１０と撮像素子５との隙間に遮光体８が設けられている。さらに、この遮光体８は、撮像素子５の隣り合う画素、または、隣り合う画素グループを分割するように設けられている。これにより、撮像素子５へのクロストーク光の入射を効果的に抑制することができる。
【０１０２】
なお、本実施形態で示した値は、本発明の一実施形態を説明するための一例であり、これに限定されるものではない。例えば、マイクロレンズ９の形状の最適化、遮光体８の形状やマイクロレンズ９を形成する材料を任意に変更することによって、更なる薄型化効果や操作性向上効果が期待できる。また、例えば、本実施形態では、保護シート１６を備える構成について説明したが、保護シート１６を備えない構成であってもよい。この場合、光学式ポインティング装置の薄型化を実現することができる。
【０１０３】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について、図７〜図９に基づいて説明する。図７は、本発明の第２の実施形態における光学式ポインティング装置２００の概略構成を示す断面図である。光学式ポインティング装置２００は、上述の光学式ポインティング装置１００と略同様の構成である。ただし、保護シート１６上に反射面１５を備える点が異なる。
【０１０４】
具体的には、光学式ポインティング装置２００は、被写体１が接触する接触面１３を有する保護シート１６、被写体１を照明するＬＥＤモジュール４、ＬＥＤモジュール４によって照明された被写体１の散乱光Ｍ２を結像するためのマイクロレンズ９が表面に成形された結像素子１０、結像素子１０によって集光された被写体像を撮像する撮像素子５、及び撮像素子５の各画素または複数の画素から構成された画素グループを分割するように設けられた遮光体８から構成されている。保護シート１６の上面には、反射面１５が設けられている。
【０１０５】
光学式ポインティング装置２００は、ＬＥＤ光源２からの照明光Ｍ１を被写体１に導く光路において、保護シート１６の内部で複数回の反射、好ましくは全反射などの光路変換によって、ＬＥＤ光源２の照明光Ｍ１を被写体１方向に効率的に導いている。例えば、全反射などの光路変換手段によって、ＬＥＤ光源２から放射された照明光Ｍ１を被写体１まで導いている。これにより、照明光Ｍ１の光量のロスを抑制することができるため、被写体１を効率良く照明することができる。
【０１０６】
ただし、ＬＥＤ光源２からの照明光Ｍ１は、保護シート１６を導波し、被写体１まで導かれる。保護シート１６の上面は、被写体１が直接接触する接触面１３である。このため、被写体１の撮像領域（検出領域）以外の部分で、被写体１が保護シート１６の上面に接触すると、全反射できなくなる。その結果、照明光Ｍ１が被写体１の内部に透過してしまい、被写体１の撮像領域（検出領域）で被写体１を効率的に照明することができなくなってしまう。
【０１０７】
そこで、光学式ポインティング装置２００では、被写体１を検出する領域を除き、被写体１が接触する保護シート１６の上面の一部に、反射面１５が形成されている。反射面１５は、例えばアルミニウムなどの金属を蒸着した蒸着面であってもよいし、誘電体多層膜を蒸着した蒸着面であってもよい。
【０１０８】
なお、保護シート１６の下面は結像素子１０と接触するが、図７において、ＬＥＤ光源２からの照明光Ｍ１は保護シート１６の下面では全反射などの光路変換手段によって保護シート１６内部を導波する。このため、被写体１の方向へ照明光Ｍ１を導くことができる。なお、保護シート１６の上面と下面に反射面１５を設けるのではなく、例えば全反射面をなるべく多く設けることで、被写体１の照明光Ｍ１の光量ロスを防ぎ、被写体１を効率的に照明することができる。
【０１０９】
また、図７では、保護シート１６の上面のみを反射面１５として用いているが、反射面１５の形成部位はこれに限定されるものではない。例えば、被写体１を照明する照明光Ｍ１が十分に明るく、照明光Ｍ１の光量ロスが課題とならない場合、ＬＥＤ光源２からの照明光Ｍ１が保護シート１６の内部に入射する領域と、被写体１の撮像領域および散乱光Ｍ２が透過する領域のみ反射面１５を設けず、それ以外の領域を反射面１５とした保護シート１６として使用することもできる。
【０１１０】
なお、図７において、被写体１を照明するために、ＬＥＤ光源２は被写体１が接触する接触面１３から０．４（ｍｍ）下の位置に配置されている。また、図７において、保護シート１６の厚さは、０．３（ｍｍ）、結像素子１０の厚さは０．１（ｍｍ）、結像素子１０と撮像素子５との隙間は０．０６（ｍｍ）となっている。従って、光学式ポインティング装置２００における光学系の厚さは０．４６（ｍｍ）となる。また、これらの関係を満たすように配置されたマイクロレンズ９の曲率半径は、０．０５（ｍｍ）となっている。
【０１１１】
光学式ポインティング装置２００でも、ＬＥＤ光源２は、透明樹脂などのＬＥＤ光源封止樹脂３によってモールドされ、ＬＥＤモジュール４として配置されている。また、照明光Ｍ１を被写体１が接触する接触面１３の方向に効率的に導くために、ＬＥＤ光源封止樹脂３の上面（ＬＥＤモジュール４の出射面）に、曲面構造が形成されている。しかし、ＬＥＤ光源封止樹脂３の上面の形状は、曲面構造に限定されるわけではない。例えば、ＬＥＤ光源封止樹脂３の上面の形状は、組立性を向上させるために平面であってもよい。また、ＬＥＤ光源封止樹脂３に曲面構造を設けず、照明光Ｍ１を被写体１が接触する接触面１３の方向に効率的に導くために、ＬＥＤ光源２の上部に光路変換手段を設けてもよい。例えば、照明光Ｍ１の利用効率を向上させるために、全反射面を有する光路変換手段を設け、照明光Ｍ１を接触面１３の方向に導く構造としてもよい。
【０１１２】
なお、本実施形態では、被写体１を照明するために、接触面１３からＬＥＤ光源２の出射面までの厚み方向の距離は、０．４（ｍｍ）に設定されている。ただし、この距離は任意に設定すればよく特に限定されるものではない。
【０１１３】
このように、本実施形態の光学式ポインティング装置２００も、クロストーク光を遮断するために遮光体８を備えている。これにより、撮像素子５上で鮮明な画像を得ることができる。従って、被写体１の像の認識精度が向上し、操作性に優れた光学式ポインティング装置１００を実現することができる。
【０１１４】
なお、本実施形態で示した値は、本発明の一実施形態を説明するための一例であり、これに限定されるものではない。例えば、結像素子１０は、マイクロレンズ９を有する構成であったが、マイクロレンズ９を有する結像素子１０に限定されるものではない。
【０１１５】
図８は、ファイバレンズ９ａを有する結像素子１０を備えた光学式ポインティング装置の部分断面図である。また、図９は、屈折率分布型ファイバレンズ９ｃを有する結像素子１０を備えた光学式ポインティング装置の部分断面図である。
【０１１６】
図８のように、ファイバレンズ９ａを有する結像素子１０でも、ファイバレンズ９ａの各要素は、撮像素子５の各画素または複数の画素からなる画素グループに対応するように形成されている。また、図９のように、屈折率分布型ファイバレンズ９ｃを有する結像素子１０でも、屈折率分布型ファイバレンズ９ｃの各要素は、撮像素子５の各画素または複数の画素からなる画素グループに対応するように形成されている。このため、マイクロレンズ９を有する結像素子１０と同様の機能および効果を奏する。
【０１１７】
また、ファイバレンズ９ａまたは屈折率分布型ファイバレンズ９ｃを用いた場合、結像素子１０の内部に、ファイバ壁９ｂが形成される。このファイバ壁９ｂは、クロストーク光の遮断効果がある。従って、クロストーク光を効率的に遮断することができる。
【０１１８】
また、ファイバレンズ９ａまたは屈折率分布型ファイバレンズ９ｃを用いた場合、撮像素子５と、ファイバレンズ９ａまたは屈折率分布型ファイバレンズ９ｃの射出端とが、近接して配置する必要がある。このため、撮像素子５と、ファイバレンズ９ａまたは屈折率分布型ファイバレンズ９ｃの射出端との距離を適切に保ち、かつ、クロストーク光を遮断するためには、遮光体８を備えることが好ましい。
【０１１９】
〔第３の実施形態〕
最後に、本発明の光学式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、光学式ポインティング装置３０７を搭載した携帯電話機３００の外観を示す図である。図１０の（ａ）は携帯電話機３００の正面図であり、（ｂ）は携帯電話機３００の背面図であり、（ｃ）は携帯電話機３００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。
【０１２０】
図１０に示すように、携帯電話機３００は、モニター側筐体３０１および操作側筐体３０２を備える。モニター側筐体３０１は、モニター部３０５およびスピーカー部３０６を有し、操作側筐体３０２は、マイク部３０３、テンキー３０４および光学式ポインティング装置３０７を含む。携帯電話機３００に搭載される光学式ポインティング装置３０７は、上述の第１〜３の実施形態で説明した光学式ポインティング装置１００、２００の何れも適用可能である。
【０１２１】
なお、本実施形態において、光学式ポインティング装置３０７は、図１０の（ａ）に示すように、テンキー３０４の上部に配置されているが、光学式ポインティング装置３０７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。
【０１２２】
スピーカー部３０６は、音声情報を外部に出力するものであり、マイク部３０３は音声情報を携帯電話機３００に入力するものである。モニター部３０５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、光学式ポインティング装置３０７からの入力情報を表示するものである。
【０１２３】
なお、本実施形態の携帯電話機３００は、図１０の（ａ）〜（ｃ）に示すように、上部の筐体（モニター側筐体３０１）と下部の筐体（操作側筐体３０２）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３００を例として挙げている。携帯電話機３００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、光学式ポインティング装置３０７を搭載することができる携帯電話機３００は、折りたたみ式に限るものではない。
【０１２４】
近年、折りたたみ式の携帯電話機３００において、折りたたんだ状態で厚みが１０（ｍｍ）以下のものも登場してきている。携帯電話機３００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３０２において、図示し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３０３、テンキー３０４、光学式ポインティング装置３０７である。この中で、光学式ポインティング装置３０７の厚さが最も厚く、光学式ポインティング装置３０７の薄型化は、携帯電話機３００の薄型化に直接繋がる。上述のように、本発明の光学式ポインティング装置３０７を携帯電話機３００に搭載することによって、従来技術で達成できなかった薄型化と操作性の向上とを両立させることが可能である。しかも、防水シートを備えた光学式ポインティング装置３０７を適用すれば、付加機能として防水機能を有する携帯電話機３００を提供することができる。
【０１２５】
以上のように、本発明の光学式ポインティング装置は、薄型化と操作性の向上とを両立することができるため、携帯電話機のような薄型化を必要とする電子機器に対して好適である。また、各実施形態の光学式ポインティング装置と同一の構成を採用するものであれば、本発明は、指紋認証システム等のスキャナー型装置等、光入力インターフェイス全般に適用可能である。
【０１２６】
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】
【０１２７】
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学式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】
【０１２８】
１    被写体
２    ＬＥＤ光源（光源）
４    ＬＥＤモジュール（光源）
５    撮像素子
７    センサモジュール（撮像素子）
８    遮光体
８ａ    開口
１０    結像素子
１０ｂ  結像素子の上面
１８    遮光体
２８    遮光体
１００    光学式ポインティング装置
２００    光学式ポインティング装置
３００    携帯電話機（電子機器）
３０７    光学式ポインティング装置
Ｍ２      散乱光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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