(57)【要約】【課題】光ポインティング装置の光学特性を劣化させることなく、光ポインティング装置を構成する部品点数が少なく、且つ、製造コストを削減可能な光ポインティング装置を実現すること。【解決手段】被写体１０からの散乱光を結像させる結像素子１４と、結像素子１４による結像に基づいて、被写体１０を撮像する撮像素子１５と、結像素子１４と撮像素子１５とを覆うカバー１８とを備えた光ポインティング装置１であって、カバー１８には、被写体１０からの散乱光が入射する第１レンズ１２と、第１レンズ１２から入射した散乱光を反射して結像素子１４に導く凸部２１とが形成されており、カバー１８は、被写体１０が接触する接触面１１を有しており、第１レンズ１２は、接触面１１に形成された少なくとも一つの曲面を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの散乱光を結像させる結像手段と、
前記結像手段による結像に基づいて、前記被写体を撮像する撮像素子と、
前記結像手段と前記撮像素子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、
前記被写体からの散乱光が入射する入射手段と、
前記入射手段から入射した散乱光を反射して前記結像手段に導く反射手段とが形成されており、
前記カバー部材は、前記被写体が接触する接触面を有しており、
前記入射手段は、前記接触面に形成された少なくとも一つの曲面を有し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】
前記入射手段の曲面は、凸面である請求項１記載の光ポインティング装置。
【請求項３】
前記入射手段の曲面は、球面、非球面、シリンドリカル面、または、トロイダル面によって構成されている請求項１記載の光ポインティング装置。
【請求項４】
前記散乱光は、前記被写体を透過した光に基づいて生じ、
前記反射手段は、前記入射手段から入射した散乱光の進行方向を略９０度変換する請求項１記載の光ポインティング装置。
【請求項５】
前記カバー部材によって覆われた光源をさらに備え、
前記散乱光は、前記光源から出射された光に基づいて生じる請求項１記載の光ポインティング装置。
【請求項６】
前記散乱光は、前記光源から出射されて前記被写体の中を進んだ光に基づいて生じる請求項５記載の光ポインティング装置。
【請求項７】
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請求項５記載の光ポインティング装置。
【請求項８】
前記反射手段は、前記結像手段を兼ねるように構成されている請求項１記載の光ポインティング装置。
【請求項９】
前記入射手段の曲面は、前記接触面に対して窪んだ位置に形成されている請求項１記載の光ポインティング装置。
【請求項１０】
前記結像手段は、前記カバー部材と一体に形成されている請求項１記載の光ポインティング装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか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】
本発明は入力装置に関し、より詳細には携帯電話機等の電子機器に搭載可能な光ポインティング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）など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など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マウスやタッチパッド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】
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、装置に接触する指先等の被写体の模様を撮像素子で観察し、接触面における被写体の模様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。具体的に、光ポインティング装置では、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を用い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などを被写体の動きに合わせて、ディスプレイ上で移動させることができる。
【０００５】
光ポインティング装置は、先に述べたように、被写体で散乱された光を連続的に撮像素子が撮像し、撮像した画像データに基づいて被写体の動きを算出している。そのため、撮像素子が撮像する像は、歪が少なく、レンズの結像性能を表すModulation Transfer Function（被写体の持つコントラストをどの程度忠実に再現できるかを空間周波数特性として表現したものである。以下、ＭＴＦと称する。）が高いことが望まれる。
【０００６】
一般的に、歪みが少なく、ＭＴＦの高い像を得るためには、レンズ面(以下結像面)を多く用いて、それぞれの結像面で光学収差を補正するという方法が取られる。例えば、特許文献１に記載の技術では、指で散乱された光が、撮像素子に到達するまでに、第１導波管および第２導波管の２つの結像レンズを通ることによって、歪を抑え、かつ、ＭＴＦの高い像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４２４３３０６号明細書（発行日：２００９年３月２５日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光ポインティング装置は、被写体の検出精度および製造コストの観点から、光ポインティング装置を構成する部品点数は少ないことが好ましい。特許文献１に記載の光学式ジョイスティックにおいて、例えば、２つの結像面（第１平凸レンズ部および第２平凸レンズ部）を１つの部品として製造することが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の光学式ジョイスティックでは、２つの結像面が対向しているため、この２つの結像面を射出成形等により一体的に形成することは難しい。
【０００９】
そこで、本発明者は、別の手法として、第１平凸レンズ部を有する第１導波管と、被写体が接するカバーグラスとを１つの部品として製造して部品点数を削減することを考えた。ここで、本発明者が考え出した、第１導波管およびカバーグラスを一体成形した部品を有する光ポインティング装置１０９の構造を図１１に基づいて説明する。図１１は、該光ポインティング装置１０９の断面構造を示す模式図である。図１１に示すように、光ポインティング装置１０９は、光源１１３、結像素子１１４、撮像素子１１５、回路基板１１７およびカバー１１８を備える。
【００１０】
光源１１３は、後述の被写体１１０が接触する接触面１１１に向けて光を照射するものである。結像素子１１４は、被写体１１０からの反射光を集光して、撮像素子１１５上に結像させるものである。撮像素子１１５は、被写体１１０からの反射光を受光して、接触面１１１上の被写体１１０の像を撮像するものである。回路基板１１７には、回路が形成されている。当該回路は、光源１１３の発光タイミングを制御したり、撮像素子１１５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。
【００１１】
光源１１３および撮像素子１１５は、回路基板１１７上に配置され、それぞれ透明樹脂によって樹脂封止されて周囲に樹脂モールド１１６が形成されている。結像素子１１４は、撮像素子１５の上方に位置し、撮像素子１１５を覆う樹脂モールド１１６の上表面に密着して接している。結像素子１１４は、後述の第１レンズ１２７と対向する第２レンズ１２９を有する。また、結像素子１１４は、撮像素子１１５の上方に位置し、後述の反射面１２２と対応する斜面である立ち下げ面１２３を有する。さらに、結像素子１１４は、後述の透過面１２６と対向する面であって、第２レンズ１２９以外の部分に遮光体１２４を有する。
【００１２】
カバー１１８は、光ポインティング装置１０９の筐体であり、光源１１３、結像素子１１４、撮像素子１１５および回路基板１１７を外部からの衝撃などから保護するものである。カバー１１８は、樹脂モールド１１６および結像素子１１４の上側に配置されている。カバー１１８は、略直方体の形状であり、その断面は、略逆Ｕ字状の形状である。カバー１１８は、その上表面に被写体１１０が接触する接触面１１１を有する。接触面１１１は、光源１１３の上方に位置する。ここで、カバー１１８において、光源１１３および撮像素子１１５と対向する面を裏面と称する。カバー１１８は、さらに、その裏面に凸部１２１を有する。凸部１２１は、光源１１３および接触面１１１の間に位置し、それぞれと対向する斜面である反射面１２２を有する。また、凸部１２１は、結像素子１１４と対向する透過面１２６を有し、透過面１２６に第１レンズ１２７が形成されている。カバー１１８の端部には、立壁１２８が形成されており、回路基板１１７および樹脂モールド１１６と密着して接している。
【００１３】
光ポインティング装置１０９では、光源１１３から照射された光は、反射面１２２を透過屈折し、接触面１１１へ到達する。そして、接触面１１１上の被写体１１０の表面で反射した光は、反射面１２２で水平方向に反射されて、第１レンズ１２７および第２レンズ１２９を介して、立ち下げ面１２３で垂直方向に反射されて撮像素子１１５に入射する。
【００１４】
このように、反射面１２２および第１レンズ１２７を有する凸部１２１（第１導波管）をカバー１１８（カバーグラス）とを一体的に成形する場合、第１レンズ１２７は、金型の動く方向に対して、アンダーカットとなる方向になる。そのため、カバー１１８を成形する金型にスライド金型が用いられる。カバー１１８の具体的な製造方法を図１２に基づいて説明する。図１２は、カバー１１８を成形する金型１３６の断面構造を示す模式図であり、製造工程を時系列に示すものである。
【００１５】
図１２（ａ）は、金型固定時の状況を示す図である。図１２（ａ）に示すように、金型１３６は、金型キャビティ１３１、金型コア１３２およびスライド金型１３５を備える。金型キャビティ１３１は、金型コア１３２の上側に位置し、スライド金型１３５は、金型コア１３２の中央部に位置する。スライド金型は、第１レンズ１２７を形成するためのものである。このとき、金型コア１３２は、金型キャビティ１３１に対して矢印Ｆ方向（金型キャビティ１３１に向かう方向）に型締めされている。また、スライド金型１３５は、金型コア１３２に対して矢印Ｊ方向に型締めされている。金型キャビティ１３１と金型コア１３２とにより、金型１３６の端部に樹脂を注入する間隙であるゲート１３３が形成されている。
【００１６】
金型１３６を固定後、金型１３６に対して、ゲート１３３から矢印Ｇ方向に流動化した樹脂１３４を注入する。金型１３６に樹脂１３４を注入した状況を図１２（ｂ）に示す。そして、注入した樹脂１３４が固化するのを待つ。樹脂１３４が固化すると、カバー１１８の形状が成形される。樹脂１３４固化後の状況を図１２（ｃ）に示す。
【００１７】
樹脂１３４が固化した後、順番に、金型１３６を取り外す。まず、図１２（ｄ）に示すように、金型コア１３２を矢印Ｆ’方向に型開きし、スライド金型１３５を矢印Ｊ’方向に型開きする。なお、金型コア１３２およびスライド金型１３５の型開きは、同期を取って行う。金型コア１３２およびスライド金型１３５を型開きした後、図１２（ｅ）に示すように、カバー１１８は、図示しないピンにより金型キャビティ１３１から矢印Ｈ方向に突かれて取り外される。取り外されたカバー１１８は、ゲート１３３によって形成された突出部１３３’がカットされて、成形が完了する。
【００１８】
このように、カバー１１８を１つの部品として成形することができる。ただし、樹脂１３４硬化後のカバー１１８を金型コア１３２の型開き方向Ｆ’に型開きしようとしても、第１レンズ１２７がカバー１８から突出しているため、そのままでは型開き方向Ｆ’に型開きすることができない。つまり、カバー１１８の第１レンズ１２７は、金型コア１３２の型開き方向Ｆ’に対してアンダーカットになっている。そのため、第１レンズ１２７を形成するためには、スライド金型１３５を別途設ける必要がある。
【００１９】
一般的に、製品（部品）単価を下げるため、１つのダイセットで部品の多数個取りを行う。このとき、部品を成形する金型にスライド金型を別途設ける場合、スライド金型が多数個分必要になる。そのため、ダイセットも含めた金型の初期費用が高くなる。また、金型において、スライドする機構も必要になることから、１つのダイセットにおいて、部品を成形できる個数が少なくなり、製品単価が上昇する。よって、カバー１１８のような形状の場合、カバー１１８として１つの部品で成形しても、製造コストの削減の効果が薄くなる。
【００２０】
さらに、金型１３６にスライド金型１３５を設ける場合、スライド金型１３５のスペースおよびそれがスライドするスペースが必要になる。このとき、光ポインティング装置１０９の投影面積を小さくする場合、立壁１２８によってスペースが制限されるため、スライド金型１３５のスペースおよびそれがスライドするスペースが確保出来なくなる。よって、光ポインティング装置１０９の投影面積の小型化に不利である。
【００２１】
なお、上記課題を解決するため、第１レンズ１２７を凸部１２１に設けないという方法があるが、その場合、光ポインティング装置の光学特性が劣化する。
【００２２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光ポインティング装置の光学特性を劣化させることなく、光ポインティング装置を構成する部品点数が少なく、且つ、製造コストを削減可能な光ポインティング装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係る光ポインティング装置は、上記課題を解決するために、被写体からの散乱光を結像させる結像手段と、前記結像手段による結像に基づいて、前記被写体を撮像する撮像素子と、前記結像手段と前記撮像素子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、前記被写体からの散乱光が入射する入射手段と、前記入射手段から入射した散乱光を反射して前記結像手段に導く反射手段とが形成されており、前記カバー部材は、前記被写体が接触する接触面を有しており、前記入射手段は、前記接触面に形成された少なくとも一つの曲面を有していることを特徴としている。
【００２４】
上記の構成によれば、前記カバー部材は、前記被写体が接触する接触面を有しており、前記入射手段は、前記接触面に形成された少なくとも一つの曲面を有している。そのため、カバー部材を成形する金型には、スライド金型を別途設ける必要がない。よって、１つのダイセットでカバー部材の多数個取りを行う場合であっても、スライド金型の費用が要らないため、ダイセットも含めた金型の初期費用が高くならなくなる。また、金型がスライドする機構を備える必要がないことから、１つのダイセットにおいて、カバー部材を成形できる個数が少なくなることもなく、製品単価を抑えることができる。さらに、スライド金型のスペースおよびそれがスライドするスペースが不必要なため、光ポインティング装置の投影面積を小さくする場合、カバー部材の立壁が邪魔になって、スライド金型のスペースおよびそれがスライドするスペースが確保出来ないといったこともない。それゆえ、光ポインティング装置の光学特性を劣化することなく、光ポインティング装置の投影面積の小型化を図ることができる。
【００２５】
さらに、前記カバー部材には、前記被写体からの散乱光が入射する入射手段と、前記入射手段から入射した散乱光を反射して前記結像手段に導く反射手段とが形成されており、前記カバー部材は、前記被写体が接触する接触面を有している。すなわち、前記接触面を有する前記カバー部材と、前記入射手段と、前記反射手段とが一体で成形されている。そのため、光ポインティング装置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、カバー部材を成形する金型を高精度で作成することにより、入射手段の曲面と、反射手段が散乱光を反射する面とを高精度に製造することができ、且つ、接触面、入射手段および反射手段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。
【００２６】
従って、光ポインティング装置の光学特性を劣化することなく、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薄型の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。
【００２７】
本発明に係る光ポインティング装置は、前記入射手段の曲面は、凸面であることが好ましい。
【００２８】
上記の構成によれば、前記入射手段の曲面が凸面である。そのため、被写体が指先などのような柔らかいものの場合、被写体が入射手段に密着して接触すると、入射手段に接している被写体の表面が、入射手段の有する曲面に対応する曲面を形成し、被写体の表面が入射手段と同様の曲率を有する。被写体が曲率を持つことによって、入射手段、反射手段および結像手段における球面収差が小さくすることができる。一方、被写体が紙などのように入射手段の曲面に沿わない場合、入射手段は、凸面であるため、反射手段、結像手段、および、撮像素子における球面収差が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光学特性を向上させることができる。
【００２９】
本発明に係る光ポインティング装置は、前記入射手段の曲面は、球面、非球面、シリンドリカル面、または、トロイダル面によって構成されていることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、前記入射手段の曲面は、球面、非球面、シリンドリカル面、または、トロイダル面によって構成されている。そのため、入射手段、反射手段および結像手段反射または透過する際に生じる、前記各手段の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、入射手段の曲面の曲率を適宜設定することにより、光ポインティング装置の光学特性さらにを向上させることができる。
【００３１】
本発明に係る光ポインティング装置は、前記散乱光は、前記被写体を透過した光に基づいて生じ、前記反射手段は、前記入射手段から入射した散乱光の進行方向を略９０度変換することが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、前記散乱光は、前記被写体を透過した光に基づいて生じるものである。そのため、光ポインティング装置が光を照射する光源を備えていなくとも、太陽光や室内照明などの外光を利用することによって、被写体の動きを検知することができる。
【００３３】
また、前記反射手段は、前記入射手段から入射した散乱光の進行方向を９０度変換する。そのため、前記入射手段から入射した散乱光の光路を水平方向に取ることができる。よって、散乱光の光路を長く保ちながら、光ポインティング装置の厚みを薄く設計することができる。
【００３４】
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、前記散乱光は、前記光源から出射された光に基づいて生じることが好ましい。
【００３５】
上記の構成によれば、前記カバー部材によって覆われた光源をさらに備え、前記散乱光は、前記光源から出射された光に基づいて生じる。そのため、被写体に照射する光量が一定になり、被写体の接触面と接している表面の凹凸で散乱される光量を一定に保つことができる。それゆえ、撮像素子が安定して被写体の像を撮像することができる。よって、光ポインティング装置が安定して作動することができる。
【００３６】
本発明に係る光ポインティング装置は、前記散乱光は、前記光源から出射されて前記被写体の中を進んだ光に基づいて生じることが好ましい。
【００３７】
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の中を進んだ光に基づいて生じる。すなわち、光源から出射された光が被写体の中で複数回の反射を繰り返しながら、被写体を出射するため、強度分布が一様となった光が入射手段に入射する。そのため、撮像素子にて受光した後に信号処理する際に、撮像素子の各ピクセルで受光した光の光量を調整する必要がなくなり、光ポインティング装置の構成規模を小さくすることができる。
【００３８】
本発明に係る光ポインティング装置は、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ことが好ましい。
【００３９】
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。
【００４０】
本発明に係る光ポインティング装置は、前記反射手段は、前記結像手段を兼ねるように構成されていることが好ましい。
【００４１】
上記の構成によれば、前記反射手段は、前記結像手段を兼ねるように構成されている。すなわち、反射手段と結像手段とがカバー部材に一体的に成形されている。よって、光ポインティング装置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、カバー部材を成形する金型を高精度で作成することにより、接触面、入射手段および反射手段（結像手段）の位置関係を金型精度でばらつき無く高精度に配置することができる。
【００４２】
本発明に係る光ポインティング装置は、前記入射手段の曲面は、前記接触面に対して窪んだ位置に形成されていることが好ましい。
【００４３】
上記の構成によれば、前記入射手段の曲面は、前記接触面に対して窪んだ位置に形成されている。すなわち、入射手段の曲面は、カバー部材の表面（接触面）から突出しておらず、カバー部材の内側に位置している。そのため、カバー部材の表面（接触面）上に突起部がない。よって、光ポインティング装置の最大厚みを削減することができる。
【００４４】
本発明に係る光ポインティング装置は、前記結像手段は、前記カバー部材と一体に形成されていることが好ましい。
【００４５】
上記の構成によれば、前記結像手段は、前記カバー手段と一体に形成されている。そのため、光ポインティング装置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、カバー部材を成形する金型を高精度で作成することにより、結像手段の曲面を高精度に製造することができ、且つ、結像手段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。
【００４６】
本発明に係る電子機器は、前記光ポインティング装置を備えることを特徴としている。
【００４７】
上記の構成によれば、前記電子機器は、薄型化が容易な前記光ポインティング装置を備えている。前記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、前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。
【発明の効果】
【００４８】
以上のように、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、前記結像手段による結像に基づいて、前記被写体を撮像する撮像素子と、前記結像手段と前記撮像素子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、前記被写体からの散乱光が入射する入射手段と、前記入射手段から入射した散乱光を反射して前記結像手段に導く反射手段とが形成されており、前記カバー部材は、前記被写体が接触する接触面を有しており、前記入射手段は、前記接触面に形成された少なくとも一つの曲面を有していることを特徴としている。
【００４９】
従って、光ポインティング装置の光学特性を劣化することなく、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薄型の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。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の光ポインティング装置の断面構造を示す模式図である。
【図２】比較対象の光ポインティング装置の断面構造を示す模式図である。
【図３】光ポインティング装置の結像光学系におけるＭＴＦ特性の一例を示すグラフである。
【図４】カバーを成形する金型の断面構造を示す模式図である。
【図５】第２の実施形態の光ポインティング装置の断面構造を示す模式図である。
【図６】第３の実施形態の光ポインティング装置の断面構造を示す模式図である。
【図７】第４の実施形態の光ポインティング装置の断面構造を示す模式図である。
【図８】第５の実施形態の光ポインティング装置の断面構造を示す模式図である。
【図９】第６の実施形態の光ポインティング装置の断面構造を示す模式図である。
【図１０】光ポインティング装置を搭載した携帯電話機の外観を示す図である。
【図１１】光ポインティング装置の断面構造を示す模式図である。
【図１２】カバーを成形する金型の断面構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
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および太陽光や照明などを利用する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、指先等の被写体を反射または透過屈折された光（散乱光）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。なお、本発明は、以下の実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明で示した光ポインティング装置を用いた、光入力インターフェイス全般に適用可能である。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。
【００５２】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態について図１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１の断面構造を示す模式図である。図示のように、光ポインティング装置１は、結像素子１４（結像手段）、撮像素子１５、回路基板１７およびカバー（カバー部材）１８を備える。カバー１８は、接触面１１、接触面１１に配置された第１レンズ（入射手段）１２、反射面２２および透過面２６を形成する凸部（反射手段）２１、立壁２８を含む。カバー１８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１が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１に対する被写体１０の状態をわかりやすくするために、光ポインティング装置１に対して便宜的に小さく記載している。
【００５３】
本実施形態では、光源モジュールとして光ポインティング装置１の外部から来る光を利用する。以下、外部から来る光を外光１３’と称する。外光１３’として、例えば、屋外であれば太陽光であり、室内であれば室内照明（もちろん、白熱電球やＬＥＤを使用したデスクランプ等でも構わない）などが挙げられる。接触面１１に被写体１０が接触している場合、外光１３’は、被写体１０を透過して被写体１０内部を導光し、被写体１０の表面の凹凸（例えば、被写体１０が指先の場合の指紋等）で散乱した後、カバー１８の第１レンズ１２からカバー１８内部に入射する。一方、接触面１１に被写体１０が接触していない場合、外光１３’は、そのまま、カバー１８の第１レンズ１２からカバー１８内部に入射する。図１に示すように、外光１３’が被写体１０を透過して被写体１０内部を導光し、カバー１８内部に入射するまでの外光１３’を光Ｍとし、光Ｍの経路を光路ＭＭとする。図１に示す光路ＭＭは、被写体１０を透過してカバー１８内部に入射するまでの最短経路を示している。
【００５４】
ここで、光ポインティング装置１の厚み方向（図１の縦方向）をＺ方向とし、光ポインティング装置１の幅方向（図１の横方向）をＹ方向とする。光ポインティング装置１の下部から上部に向かう方向をＺ軸の正方向とし、凸部２１から結像素子１４に向かう方向をＹ軸の正方向とする。また、Ｚ軸の負方向を垂直方向、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１の奥行き方向をＸ方向とし、図１に示す光ポインティング装置１の奥側から手前側に向く方向をＸ軸の正方向とする。以下、全て同様の座標軸で説明する。
【００５５】
回路基板１７には、回路が形成されている。当該回路は、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、検知した被写体の動きの情報を外部に出力するものである。回路基板１７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。本実施形態では、回路基板１７上に撮像素子１５を搭載している。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１７と電気的に接続されている。
【００５６】
撮像素子１５は、カバー１８の第１レンズ１２を介して入射した外光１３’を受光し、受光した光に基づいて第１レンズ１２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１７に形成された回路からの指示に従って、第１レンズ１２上の像を一定の間隔で撮影し続ける。
【００５７】
第１レンズ１２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１７に形成された回路に出力する。なお、ＤＳＰは、撮像素子１５内ではなく、回路基板１７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１７に形成された回路に送信する。
【００５８】
撮像素子１５の処理をまとめると、撮像素子１５は、第１レンズ１２上に被写体１０が無い場合、接触面１１（第１レンズ１２）の像を撮像する。次に、第１レンズ１２上に被写体１０が接触すると、撮像素子１５は、第１レンズ１２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、第１レンズ１２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（第１レンズ１２）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１７に形成された回路に送信する。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１７に形成された回路に送信する。
【００５９】
撮像素子１５は、透光性樹脂によって樹脂封止されており、周囲に樹脂モールド１６が形成されている。樹脂モールド１６は、撮像素子１５を保護するものである。樹脂モールド１６の形状は、略直方体である。樹脂モールド１６の底面は、回路基板１７の上表面と密着して接しており、撮像素子１５に密着する凹部が形成されている。樹脂モールド１６の両側面は、それぞれ回路基板１７の側面と同一平面を形成している。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等の熱可塑性樹脂が用いられる。撮像素子１５を透光性樹脂でモールドすることによって、撮像素子１５の信頼性を向上させることができ、また、撮像素子１５の耐用年数を長くすることができる。
【００６０】
このように、回路基板１７上に搭載された撮像素子１５が透光性樹脂によって樹脂封止されているため、回路基板１７、撮像素子１５および樹脂モールド１６が一体として形成されている。そのため、光ポインティング装置１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、組み立て時に発生する組み立て誤差を抑えることができる。すなわち、光ポインティング装置１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１を実現することができる。
【００６１】
次に、カバー１８の構成について説明する。カバー１８は、光ポインティング装置１の筐体であり、結像素子１４、撮像素子１５および回路基板１７などの光ポインティング装置１を構成する各部・各素子を外部からの衝撃などから保護するものである。カバー１８は、樹脂モールド１６および結像素子１４の上側に位置し、立壁２８が回路基板１７の両側面、並びに、樹脂モールド１６の両側面および上表面の周縁に密着して接している。カバー１８は、略直方体の形状であり、その断面は、略逆Ｕ字状の形状である。
【００６２】
カバー１８のＺ軸の負側の表面であって、樹脂モールド１６上に搭載され光ポインティング装置１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１８の裏面２０と称する。換言すると、カバー１８の表面であって、樹脂モールド１６に対向する面を裏面２０とする。すなわち、カバー１８の裏面２０の一部は、回路基板１７の両側面、並びに、樹脂モールド１６の両側面および上表面の周縁と密着して接している。なお、結像素子１４の上表面とカバー１８の裏面２０とが密着して接していてもよい。その場合、図示していないが結像素子１４の上表面とカバー１８の裏面２０との間に遮光体を設けることが望ましい。
【００６３】
カバー１８の底面３０は、回路基板１７の底面と同一平面を形成している。カバー１８の上表面とカバー１８の底面３０および回路基板１７の底面とが平行であり、カバー１８の両側面がカバー１８の上表面、並びに、カバー１８の底面３０および回路基板１７の底面に対して垂直な面を形成している。すなわち、光ポインティング装置１が略直方体の形状である。ただし、この形状に限るものではなく、カバー１８の上表面とカバー１８の底面３０および回路基板１７の底面とが平行であればよく、カバー１８の両側面がカバー１８の上表面、並びに、カバー１８の底面３０および回路基板１７の底面に対して垂直な面を形成していなくてもよい。例えば、図１に示すような光ポインティング装置１の断面図において、光ポインティング装置１の形状が台形状であってもよい。つまり、カバー１８の側面が平面であれば、カバー１８の上表面（光ポインティング装置１の天面）の長さと、カバー１８の底面３０および回路基板１７の底面の合計の長さ（光ポインティング装置１の底面の長さ）とが異なっていてもよい。
【００６４】
接触面１１は、被写体１０が光ポインティング装置１と接する面である。接触面１１は、カバー１８の上表面に相当する。また、第１レンズ１２は、被写体１０を透過して、被写体１０の表面で散乱反射した外光１３’を集光するものである。第１レンズ１２の表面は、接触面１１の一部を形成する。つまり、第１レンズ１２の表面は、被写体１０と接する面である。第１レンズの曲面は、図示のように、凸面である。また、第１レンズ１２の曲面は、球面でも非球面でもよい。具体的に、第１レンズ１２の曲面が、一方向に曲率を持ち、それと直交する方向には曲率を持たない面であるシリンドリカル面や、一方向の曲率とそれと直交する方向の曲率とが異なる面であるトロイダル面などであってもよい。第１レンズ１２、反射面２２、透過面２６、第２レンズ２９および立ち下げ面２３を反射または透過する際に生じる、結像光学系の球面収差やコマ収差などの光学収差、および、撮像素子１５上に投影される像の歪量に基づいて、第１レンズ１２の曲率を、凸面を基本とした球面・非球面・シリンドリカル面・トロイダル面に適宜設定することで、結像光学系の光学特性をさらに向上させることができる。なお、第１レンズ１２の曲面は、非球面のように複数の曲面で構成されていてもよい。また、第１レンズ１２の断面が凸型の台形のように、第１レンズ１２の表面が複数の面で構成されていても良い。
【００６５】
ここで、光Ｍが第１レンズ１２を介してカバー１８内部に入射してから撮像素子１５に入射するまでの外光１３’を光Ｎとし、その光Ｎの経路を光路ＮＮとする。図１に示す光路ＮＮは、カバー１８内部に入射してから撮像素子１５に入射するまでの最短経路を示している。
【００６６】
凸部２１は、カバー１８内部に入射して第１レンズ１２で集光された光Ｎを水平方向に全反射させて、結像素子１４に入射させるものである。換言すると、凸部２１は、光Ｎの進行方向を略９０度変換するものである。凸部２１は、第１レンズ１２の下方であって、カバー１８の裏面２０の回路基板１７および樹脂モールド１６と接しない部分に形成されている。具体的に、凸部２１の表面に形成されている斜面である反射面２２が光Ｎを水平方向に全反射する。そのため、カバー１８には、カバー１８と樹脂モールド１６および結像素子１４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１８には、屈折率が１．５程度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。なお、反射面２２に金属（例えば、アルミ、ニッケル、金、銀、誘電体多層膜、誘電体ダイクロ膜など）の反射膜を蒸着させてもよい。しかしながら、反射面２２に反射膜を蒸着させる方が反射時の光の損失が大きいため、反射面２２を全反射面とすることが好ましい。
【００６７】
また、凸部２１の表面に形成されている透過面２６を通って、反射面２２で全反射した光Ｎが結像素子１４に向かう。反射面２２で全反射した光Ｎが減衰することなく結像素子１４に出射するために、透過面２６は、光Ｎの進行方向に対して直角であることが好ましい。
【００６８】
そして、結像素子１４は、反射面２２で全反射された光Ｎを集光して垂直方向に全反射して、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の上方であって、凸部２１よりＹ軸の正方向側に位置し、樹脂モールド１６の上表面に密着して接している。上述のように、結像素子１４の上表面とカバー１８の裏面２０が密着して接していてもよい。密着して接する場合、被写体１０によってカバー１８がＺ軸マイナス方向に押される力を、結像素子１４で受けることが出来るため、光ポインティング装置１使用時に生じるカバー１８のたわみを軽減することが出来る。ただし、カバー１８表面から来る結像素子１４の第２レンズを通らない光（外乱光）が直接撮像素子１５に入射することを避けるため、結像素子１４の上表面とカバー１８の裏面２０との間に遮光体を設けることが望ましい。この遮光体は、後述する第２レンズ２９回りに設けられている遮光体２４と一体になっていてもよい。
【００６９】
結像素子１４には、結像素子１４の表面であって、凸部２１の透過面２６に対向する面に第２レンズ２９が形成されている。第２レンズ２９は、撮像素子１５上に被写体１０の像を結像するために、反射面２２で全反射し透過面２６を透過した光Ｎを集光するものである。第２レンズ２９の曲面は、球面でも非球面でもよい。具体的に、第２レンズ２９の曲面が、シリンドリカル面やトロイダル面などであってもよい。図示のように、結像素子１４の透過面２６と対向する面のうち、第２レンズ２９以外の部分には、遮光体２４が第２レンズ２９を囲むように形成されている。遮光体２４を設けることによって、撮像素子１５に迷光が入射することを防ぐことができる。
【００７０】
第２レンズ２９よりＹ軸の正方向側の結像素子１４の表面に、凸部２１の反射面２２と略並行な斜面である立ち下げ面２３が形成されている。立ち下げ面２３は、第２レンズ２９で集光された光Ｎを垂直方向に全反射して撮像素子１５に向けて出射するものである。立ち下げ面２３で光Ｎを全反射させるために、結像素子１４には、結像素子１４とカバー１８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、結像素子１４には、屈折率が１．５程度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。なお、立ち下げ面２３に金属（例えば、アルミ、ニッケル、金、銀、誘電体多層膜、誘電体ダイクロ膜など）の反射膜を蒸着させてもよい。しかしながら、立ち下げ面２３に反射膜を蒸着させる方が反射時の光の損失が大きいため、立ち下げ面２３を全反射面とすることが好ましい。
【００７１】
なお、第１レンズ１２と、反射面２２および透過面２６を有する凸部２１と、第２レンズ２９および立ち下げ面２３を有する結像素子１４とを総称して結像光学系と称する。
【００７２】
ここで、再度、外光１３’が被写体１０を透過してカバー１８内部に入射し、撮像素子１５に入射する経路について説明する。まず、外光１３’は、被写体１０を透過して被写体１０内部を導光し、被写体１０の表面の凹凸で散乱した後、カバー１８の第１レンズ１２からカバー１８内部に入射する（図１に示す光路ＭＭ）。カバー１８内部に入射した光Ｎは、第１レンズ１２で集光され、反射面２２で水平方向に全反射されて透過面２６を通って、結像素子１４に到達する。そして、光Ｎは、第２レンズ２９で集光されて立ち下げ面２３で垂直方向に全反射されて、撮像素子１５に入射する（図１に示す光路ＮＮ）。
【００７３】
本実施形態において、接触面１１に第１レンズ１２を設けることによる効果を図２、３に基づいて説明する。図２は、光ポインティング装置１と比較する対象である光ポインティング装置１ａの断面構造を示す模式図である。光ポインティング装置１ａは、光ポインティング装置１から第１レンズ１２を取り除いたものである。つまり、光ポインティング装置１ａのカバー１８ａは、第１レンズ１２が無く、接触面１１、凸部２１、立壁２８を有するものである。光ポインティング装置１ａと光ポインティング装置１とは、カバー１８ａ（カバー１８）以外の構成は同じである。すなわち、光ポインティング装置１ａでは、外光１３’は、被写体１０を透過して被写体１０内部を導光し、被写体１０の表面の凹凸で散乱した後、カバー１８の接触面１１からカバー１８内部に入射する（図１に示す光路ＭＭａ）。カバー１８内部に入射した光Ｎａは、反射面２２で水平方向に全反射されて透過面２６を通って、結像素子１４に到達する。そして、光Ｎａは、第２レンズ２９で集光されて立ち下げ面２３で垂直方向に全反射されて、撮像素子１５に入射する（図１に示す光路ＮＮａ）。
【００７４】
図３（ａ）（ｂ）は、光ポインティング装置の結像光学系におけるＭＴＦ特性の一例を示すグラフである。図３（ａ）は、光ポインティング装置１の結像光学系におけるＭＴＦ特性を測定した結果を示すグラフであり、図３（ｂ）は、比較例である光ポインティング装置１ａの結像光学系（光ポインティング装置１ａの場合、凸部２１および結像素子１４を指す）におけるＭＴＦ特性を測定した結果を示すグラフである。図３（ａ）および（ｂ）の横軸は空間周波数を示し、縦軸はコントラスト比を示す。光ポインティング装置１および１ａのＭＴＦ特性を測定した結果、光ポインティング装置１の最低値が６４％であり、光ポインティング装置１ａの最低値が５８．４％であった。また、グラフからも分かるように、両者のＭＴＦ特性を比較すると、第１レンズ１２を有する光ポインティング装置１の方が、良好なＭＴＦ特性を示している。また、図示していないが、光ポインティング装置１のＭＴＦ特性は、図１１に示す光ポインティング装置１０９のＭＴＦ特性と同程度である。
【００７５】
また、被写体１０の凹凸像が撮像素子１５上に投影される際に生じる像の歪みに関しては、数字だけを示すが、光ポインティング装置１ａでは１．３％の像歪みがあるのに対して、光ポインティング装置１では像歪みは１％以下と低下した。この歪みに関する測定結果からも、光ポインティング装置１のように第１レンズ１２を設けることによって、最短光路ＮＮの結像光学系の光学特性が向上することが分かる。
【００７６】
具体的には、例えば、指先などのような柔らかい被写体１０は、第１レンズ１２に対してほぼ接してしまう。そのため、第１レンズ１２がレンズとしての作用することができず、第２レンズ２９のみで結像光学系のレンズ効果を受け持つこととなる。普通ならば、レンズ１個だけの作用しかないため、結像光学系の性能は、レンズ２個使用する場合に比べて低下する。しかし、第１レンズ１２には曲率がついているため、第１レンズと密着して接触している指先などの被写体１０表面（つまり物体面）は、第１レンズ１２と同様の曲率を有する曲面を形成する。物体面がある曲率をもつことによって、結像光学系の性能が変化するが、物体面が凸面の場合、結像光学系の球面収差が小さくなるため性能を向上させることができる。一方、物体面が凹面の場合、結像光学系の球面収差が大きくなって性能が低下する。また、被写体１０が紙などのような場合、被写体１０の表面が第１レンズ１２の曲面に沿わないため、第１レンズ１２は、レンズとして作用する。この場合でも、第１レンズ１２が凸面である曲面（凸方向の曲率）を有しているため、結像光学系の性能を向上させることができる。よって、被写体１０の表面が第１レンズ１２の曲面に沿う場合であっても沿わない場合であっても、同様の効果が得られる。
【００７７】
第１レンズ１２の曲率は、第１レンズ１２、反射面２２、透過面２６、第２レンズ２９および立ち下げ面２３を反射または透過する際に生じる、結像光学系の球面収差やコマ収差などの光学収差、および、撮像素子１５上に投影される像の歪量に基づいて、適宜設定する。第１レンズ１２の曲率を適切に設定することによって、結像光学系の光学特性を向上させることができる。
【００７８】
次に、接触面１１に第１レンズ１２を有するカバー１８の製造方法について図４を用いて説明する。図４は、カバー１８を成形する金型３６の断面構造を示す模式図であり、製造工程を時系列に示すものである。
【００７９】
図４（ａ）は、金型３６を固定した時の状況を示す図である。図４（ａ）に示すように、金型３６は、金型キャビティ３１および金型コア３２からなり、金型キャビティ３１は、金型コア３２の上側に位置する。図示のように、まず、金型コア３２を、金型キャビティ３１に対して矢印Ｆ方向（金型キャビティ３１に向かう方向）に型締めする。このとき、金型キャビティ３１と金型コア３２とにより、金型３６の端部に樹脂を注入する間隙であるゲート３３が形成されている。
【００８０】
金型３６を固定した後、図４（ｂ）に示すように、金型３６に対して、ゲート３３から矢印Ｇ方向に流動化した樹脂３４を注入する。そして、注入した樹脂３４が固化するのを待つ。樹脂３４が固化すると、カバー１８の形状が成形される。樹脂３４が固化した後の状況を図４（ｃ）に示す。
【００８１】
樹脂３４が固化した後、順番に、金型３６を取り外す。まず、図４（ｄ）に示すように、金型コア３２を矢印Ｆ’方向に型開きする。金型コア３２を型開きした後、図４（ｅ）に示すように、カバー１８は、図示しないピンにより金型キャビティ３１から矢印Ｈ方向に突かれて取り外される。取り外されたカバー１８は、ゲート３３によって形成された突出部３３’がカットされて、成形が完了する。
【００８２】
図４に示すように、樹脂３４硬化後に、カバー１８に形成された第１レンズ１２は、金型コア３２の型開き方向Ｆ’に対してアンダーカットにならない。そのため、カバー１８を成形する金型３６には、図１１を参照して前述したカバー１１８を成形する金型１３６のようにスライド金型１３５を別途設ける必要がない。よって、１つのダイセットでカバー１８の多数個取りを行う場合であっても、スライド金型の費用が要らないため、ダイセットも含めた金型の初期費用が高くならなくなる。また、金型３６がスライドする機構を備える必要がないことから、１つのダイセットにおいて、カバー１８を成形できる個数が少なくなることもなく、製品単価を抑えることができる。さらに、スライド金型のスペースおよびそれがスライドするスペースが不必要なため、光ポインティング装置１の投影面積を小さくする場合、立壁２８が邪魔になって、スライド金型のスペースおよびそれがスライドするスペースが確保出来ないといったこともない。それゆえ、光ポインティング装置１の光学特性を劣化することなく、光ポインティング装置１の投影面積の小型化を図ることができる。
【００８３】
上述のように、本実施形態では、接触面１１、第１レンズ１２および凸部２１がカバー１８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１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１８を成形する金型を高精度で作成することにより、第１レンズ１２の曲面と、凸部２１の反射面２２および透過面２６とを高精度に製造することができ、且つ、接触面１１、第１レンズ１２および凸部２１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。よって、光ポインティング装置１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１を実現することができる。
【００８４】
従来のように、接触面、第１レンズ、反射面などが別部品であって、これらの部品を組み立てる場合、各部品間の接合箇所に、組み立て用のアタリ面や嵌合形状等の形状を形成する必要があった。また、各部品の相対的な位置関係を調整するための空間的なマージンを確保しておく必要があった。しかしながら、本願のように、接触面１１、第１レンズ１２および凸部２１（反射面２２）をカバー１８と一体で成形する場合、上記形状を形成する必要がなく、また、必要最小限の光学面があれば、位置を調整する空間的なマージンも確保する必要がない。よって、接触面１１、第１レンズ１２および凸部２１（反射面２２）をカバー１８と一体で成形することにより、接触面１１、第１レンズ１２および凸部２１（反射面２２）を含むカバー１８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１の厚みを小さくすることができる。
【００８５】
また、本実施形態では、回路基板１７の両側面、並びに、樹脂モールド１６の上表面および両側面をカバー１８の位置決めの基準として、樹脂モールド１６および結像素子１４の上側にカバー１８を組み立てている。そのため、カバー１８と、撮像素子１５および結像素子１４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１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１を実現することができる。
【００８６】
また、樹脂モールド１６の側面上、および光Ｎが透過する箇所を除く樹脂モールド１６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ＡＢＳ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、樹脂モールド１６の周囲に遮光性樹脂を樹脂封止することによって、迷光および外乱光が撮像素子１５に入射することを防ぐことができる。よって、迷光および外乱光による光ポインティング装置１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。また、遮光性樹脂を樹脂モールド１６の周囲に樹脂封止する代わりに、樹脂モールド１６の側面上、および光Ｎが透過する箇所を除く樹脂モールド１６の上表面上を黒塗りにしたり、スリガラス状に荒らしたりしてもよい。
【００８７】
なお、遮光性樹脂を樹脂モールド１６の周囲に形成した場合、回路基板１７の側面と、樹脂モールド１６の側面側の周囲に形成された遮光性樹脂の側面とが同一平面になるようにする。また、カバー１８の裏面２０と樹脂モールド１６の上表面側の周囲に形成された遮光性樹脂の上表面の周縁とが密着して接している。そのため、樹脂モールド１６の周囲に形成された遮光性樹脂の上表面および側面並びに回路基板１７の両側面をカバー１８の位置決めの基準として、樹脂モールド１６および結像素子１４の上側にカバー１８を組み立てる。
【００８８】
また、カバー１８の位置決めのために、図１に示す光ポインティング装置１は、カバー１８の立壁２８と接している、樹脂モールド１６（遮光性樹脂）の側面と回路基板１７の側面とが同一平面となっているが、これに限るものではない。例えば、カバー１８の立壁２８に突起を設けて、樹脂モールド１６（遮光性樹脂）に該突起と嵌合するような凹部を設けることによっても、カバー１８の位置決めをすることができる。
【００８９】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態について、図５に基づいて説明する。図５は、第２の実施形態の光ポインティング装置１ｂの断面構造を示す模式図である。第２の実施形態では、第１の実施形態に係る光ポインティング装置１に光源１３を設けている。以下では、第２の実施形態において、光源１３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。
【００９０】
図５に示すように、光ポインティング装置１ｂは、光ポインティング装置１と同様に、回路基板１７と、撮像素子１５と、結像素子１４と、接触面１１、第１レンズ１２および凸部２１を有するカバー１８とを備え、さらに、光源１３を含む。光源１３は、カバー１８の接触面１１に向けて光を照射するものである。光源１３は、撮像素子１５が搭載されている回路基板１７に搭載されている。光源１３は、回路基板１７上であって、第１レンズ１２および凸部２１よりＹ軸の負方向側に位置する。光源１３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１７と電気的に接続されている。本実施形態では、回路基板１７に形成されている回路は、光源１３の発光タイミングも制御する。光源１３は、例えばＬＥＤまたはＬＤ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。
【００９１】
また、光源１３は、透光性樹脂によって樹脂封止されており、周囲に樹脂モールド１６’が形成されている。樹脂モールド１６’の形状は、略直方体である。樹脂モールド１６’の底面は、回路基板１７の上表面と密着して接しており、光源１３に密着する凹部が形成されている。樹脂モールド１６’のＹ軸の負側の側面は、回路基板１７のＹ軸の負側の側面と同一平面を形成している。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等の熱可塑性樹脂が用いられる。光源１３を透光性樹脂でモールドすることによって、光源１３の信頼性を向上させることができ、また、光源１３の耐用年数を長くすることができる。
【００９２】
光源１３から照射された光Ｍｂは、カバー１８を透過して、第１レンズ１２よりＹ軸の負方向側の接触面１１上に到達する。カバー１８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Ｍｂ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Ｍｂ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Ｍｂは、接触面１１を透過せず、全て接触面１１で反射しカバー１８内部に向かう。一方、接触面１１上に被写体１０がある場合、光Ｍｂは、接触面１１と接している被写体１０を透過して被写体１０の内部を導光し、被写体１０の上部（Ｚ軸の正側）の表面で反射して第１レンズ１２に向かう。第１レンズ１２へ向かった光Ｍｂは、第１レンズ１２と接している被写体１０の表面の凹凸で散乱した後、カバー１８の第１レンズ１２からカバー１８内部に入射する。
【００９３】
カバー１８内部に入射した光Ｎｂは、第１レンズ１２で集光され、反射面２２で水平方向に全反射されて透過面２６を通って、結像素子１４に到達する。そして、光Ｎｂは、第２レンズ２９で集光されて立ち下げ面２３で垂直方向に全反射されて、撮像素子１５に入射する（図１に示す光路ＮＮｂ）。なお、図５に示す光路ＭＭｂおよびＮＮｂは、光源１３から照射された光が撮像素子１５に入射するまでの最短光路をそれぞれ示している。
【００９４】
本実施形態のように、光源１３を光ポインティング装置１ｂの内部に配置することにより、第１の実施形態の場合と比べて、被写体１０に照射する光量が一定になり、被写体１０の接触面１１と接している表面の凹凸で散乱される光量が一定となる。また、被写体１０が指先の場合、指内を散乱する光Ｍｂは、指内で複数回の反射を繰り返しながら、指表面の指紋の隆線からカバー１８に入射してくるため、強度分布が一様となった光Ｎｂが通過する。そのため、撮像素子１５が安定して被写体１０の像を撮像することができる。よって、光ポインティング装置１ｂは安定して作動することができる。さらに、一定の光量が撮像素子１５に入射することにより、撮像素子１５にて受光した後に回路基板にて信号処理する際に、撮像素子１５の各ピクセルで受光した光の光量を等価するゲイン調整の必要がなくなり、回路基板の回路規模を小さくすることができる。
【００９５】
また、本実施形態では、回路基板１７の両側面と、樹脂モールド１６の上表面およびＹ軸の正側の側面と、樹脂モールド１６’の上表面およびＹ軸の負側の側面と、をカバー１８の位置決めの基準として、樹脂モールド１６、１６’および結像素子１４の上側にカバー１８を組み立てている。そのため、カバー１８と、光源１３、撮像素子１５および結像素子１４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１ｂ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１ｂを実現することができる。
【００９６】
なお、樹脂モールド１６’の側面上、および光Ｍｂが透過する箇所を除く樹脂モールド１６’の上表面上に遮光性樹脂を樹脂封止してもよい。また、遮光性樹脂を樹脂モールド１６’の周囲に樹脂封止する代わりに、樹脂モールド１６’の側面上、および光Ｍｂが透過する箇所を除く樹脂モールド１６’の上表面上を黒塗りにしたり、スリガラス状に荒らしたりしてもよい。
【００９７】
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態について、図６に基づいて説明する。図６は、第３の実施形態の光ポインティング装置１ｃの断面構造を示す模式図である。第３の実施形態では、第２の実施形態と比べて、光源１３の配置が異なっている。つまり、第３の実施形態に係る光ポインティング装置１ｃと第２の実施形態に係る光ポインティング装置１ｂとを構成している各部材・各素子は同一である。以下では、第３の実施形態において、光源１３の配置が異なることにより、第２の実施形態と異なる点について説明する。第３の実施形態において、第２の実施形態と同じ構成については説明を省略する。
【００９８】
本実施形態では、光源１３は、回路基板１７上であって、第１レンズ１２および凸部２１の下方に位置する。
【００９９】
光源１３から照射された光Ｍｃは、凸部２１の反射面２２を透過屈折して、カバー１８内部を導光し、第１レンズ１２へ向かう。そして光Ｍｃは、第１レンズ１２で集光されて被写体１０に到達する。光Ｍｃは、第１レンズ１２と接している被写体１０の表面の凹凸で反射散乱し、カバー１８の第１レンズ１２からカバー１８内部に入射する。被写体１０で反射散乱した光Ｎｃは、第１レンズ１２で再度集光されてカバー１８内部を導光し、反射面２２で水平方向に反射され、透過面２６を通って、結像素子１４に到達する。そして、光Ｎｃは、第２レンズ２９で集光されて立ち下げ面２３で垂直方向に全反射されて、撮像素子１５に入射する。なお、図６に示す光路ＭＭｃおよびＮＮｃは、光源１３から照射された光が撮像素子１５に入射するまでの最短光路をそれぞれ示している。
【０１００】
光源１３からの光を第１レンズ１２と接する被写体１０の表面の凹凸に、第１レンズ１２を介して照射することによって、第２の実施形態に比べて、被写体に照射する光の照射角度をある程度揃えることができる。照明角度をある程度揃えた光を被写体１０の表面の凹凸に照射すると、被写体１０の表面の凸部で散乱される光による明の部分と、被写体１０の表面の凹部で散乱されず暗くなる暗の部分との差（以下、コントラスト）が大きくなる。そのため、撮像素子１５上に投影される凹凸像が明瞭になり、光ポインティング装置１ｃが安定して動作することができる。
【０１０１】
また、照射角度をある程度揃えることによって、光源１３が照射した光の利用効率を向上させることができる。そのため、光源１３の照度を落としても、被写体１０の検知に十分な光量を保つことができる。よって、光源１３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１ｃの消費電流量を抑えることができる。従って、光ポインティング装置１ｃは、携帯機器に搭載する装置として適している。
【０１０２】
〔第４の実施形態〕
本発明の第４の実施形態について、図７に基づいて説明する。図７は、第４の実施形態の光ポインティング装置１ｄの断面構造を示す模式図である。第４の実施形態では、第３の実施形態の光ポインティング装置１ｃが備えている結像素子１４の機能をカバー１８が有する。すなわち、第４の実施形態では、第３の実施形態と異なり、結像素子１４が独立して光ポインティング装置に構成されておらず、カバーが結像素子１４の機能を有しており、カバー１８の形状が違うものになっている。以下では、第４の実施形態において、第３の実施形態と異なる点について説明する。第４の実施形態において、第３の実施形態と同じ構成については説明を省略する。
【０１０３】
図７に示すように、光ポインティング装置１ｄは、第３の実施形態と同様に、光源１３、撮像素子１５および回路基板１７を備えており、さらに、第３の実施形態とは形状が異なるカバー１８ｄを備える。図７に示す例では、光源１３は、周囲に光源１３を保護するものが形成されていないが、第３の実施形態と同様に、光源１３を透明樹脂で樹脂封止してもよい。
【０１０４】
カバー１８ｄは、光ポインティング装置１ｄの筐体であり、光源１３、撮像素子１５および回路基板１７などの光ポインティング装置１ｄを構成する各部・各素子を外部からの衝撃などから保護するものである。カバー１８ｄは、接触面１１、接触面１１に配置された第１レンズ１２、結像面（結像手段、反射手段）１４ｄおよび立壁２８を含む。カバー１８ｄは、光源１３、樹脂モールド１６および回路基板１７の上方に位置し、カバー１８ｄの立壁２８が回路基板１７の両側面および上表面、並びに、樹脂モールド１６のＹ軸の正側の側面に密着して接している。カバー１８ｄは、略直方体の形状であり、その断面は、略逆Ｕ字状の形状である。
【０１０５】
カバー１８ｄのＺ軸の負側の表面であって、光源１３、樹脂モールド１６および回路基板１７の上方に搭載され光ポインティング装置１ｄ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１８ｄの裏面２０ｄと称する。換言すると、カバー１８ｄの表面であって、光源１３、樹脂モールド１６および回路基板１７に対向する面を裏面２０ｄとする。すなわち、カバー１８ｄの裏面２０ｄの一部は、回路基板１７の両側面および上表面、並びに、樹脂モールド１６のＹ軸の正側の側面と密着して接している。
【０１０６】
カバー１８ｄの底面３０は、回路基板１７の底面と同一平面を形成している。カバー１８ｄの上表面とカバー１８ｄの底面３０および回路基板１７の底面とが平行であり、カバー１８ｄの両側面がカバー１８ｄの上表面、並びに、カバー１８ｄの底面３０および回路基板１７の底面に対して垂直な面を形成している。すなわち、光ポインティング装置１ｄが略直方体の形状である。ただし、この形状に限るものではなく、カバー１８ｄの上表面とカバー１８ｄの底面３０および回路基板１７の底面とが平行であればよく、カバー１８ｄの両側面がカバー１８ｄの上表面、並びに、カバー１８ｄの底面３０および回路基板１７の底面に対して垂直な面を形成していなくてもよい。例えば、図７に示すような光ポインティング装置１ｄの断面図において、光ポインティング装置１ｄの形状が台形状であってもよい。つまり、カバー１８ｄの側面が平面であれば、カバー１８ｄの上表面（光ポインティング装置１ｄの天面）の長さと、カバー１８ｄの底面３０および回路基板１７の底面の合計の長さ（光ポインティング装置１ｄの底面の長さ）とが異なっていてもよい。
【０１０７】
接触面１１は、被写体１０が光ポインティング装置１ｄと接する面である。接触面１１は、カバー１８ｄの上表面に位置する。また、第１レンズ１２は、光源１３から照射された光Ｍｄを集光して、被写体１０の第１レンズ１２と接している表面に出射するものであり、被写体１０の表面で散乱反射した光Ｎｄを集光して、結像面１４ｄに出射するものである。第１レンズ１２は、光源１３の上方、かつ、Ｙ軸の正方向側に位置する。第１レンズ１２の表面は、接触面１１の一部を形成する。つまり、第１レンズ１２の表面は、被写体１０と接する面である。第１レンズ１２の曲面は、球面でも非球面でもよい。具体的に、第１レンズ１２の曲面が、一方向に曲率を持ち、それと直交する方向には曲率を持たない面であるシリンドリカル面や、一方向の曲率とそれと直交する方向の曲率とが異なる面であるトロイダル面などであってもよい。
【０１０８】
結像面１４ｄは、第１レンズ１２で集光された光Ｎｄを集光して、撮像素子１５に入射するように出射するものである。結像面１４ｄは、カバー１８ｄの裏面２０ｄに形成されているレンズを構成しており、光源１３および撮像素子１５の上方であり、第１レンズ１２よりＹ軸の正方向側、かつ、撮像素子１５よりＹ軸の負方向側に位置する。結像面１４ｄの曲面は、球面でも非球面でもよい。具体的に、結像面１４ｄの曲面が、一方向の曲率とそれと直交する方向の曲率とが異なる面であるトロイダル面などであってもよい。
【０１０９】
ここで、光源から照射されて撮像素子１５に入射するまでの光の経路について説明する。まず、光源１３から照射された光Ｍｄは、カバー１８ｄを透過し、カバー１８ｄ内部を導光して、第１レンズ１２に向かう。そして光Ｍｄは、第１レンズ１２で集光されて被写体１０に到達する。光Ｍｄは、第１レンズ１２と接している被写体１０の表面の凹凸で反射散乱し、カバー１８ｄの第１レンズ１２からカバー１８ｄ内部に入射する。被写体１０で反射散乱した光Ｎｄは、第１レンズ１２で再度集光されてカバー１８ｄ内部を導光し、結像面１４ｄに向かう。光Ｎｄは、結像面１４ｄで反射され、集光されて、撮像素子１５に入射するように出射される。結像面１４ｄから出射された光Ｎｄは、カバー１８ｄ内部を導光し、カバー１８ｄの上表面で反射して、撮像素子１５に向かう。なお、図７に示す光路ＭＭｄおよびＮＮｄは、光源１３から照射された光が撮像素子１５に入射するまでの最短光路をそれぞれ示している。
【０１１０】
なお、被写体１０で反射散乱した光Ｎｄは、第１レンズ１２で集光された後、カバー１８ｄ内部で１回以上反射して、結像面１４ｄに到達してもよい。また、結像面１４ｄを出射した光Ｎｄは、カバー１８ｄ内部で２回以上反射して、撮像素子１５に到達してもよい。
【０１１１】
また、結像面１４ｄの表面およびカバー１８ｄの表面で光Ｎｄを反射する際に、光の損失を抑えるために、カバー１８ｄの表面に金属（例えば、アルミ、ニッケル、金、銀、誘電体多層膜、誘電体ダイクロ膜など）の反射膜を蒸着させてもよい。光の損失を抑える別の方法として、カバー１８ｄと、回路基板１７、樹脂モールド１６および光源１３との間の空間の屈折率よりカバー１８ｄの屈折率を大きく設計してもよい。例えば、カバー１８ｄには、屈折率が１．５程度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。屈折率を調整して、カバー１８ｄ内部で全反射させる方が、カバー１８ｄの表面に反射膜を蒸着させるより、反射時の光の損失が少ない。そのため、屈折率を調整し、カバー１８ｄ内部で全反射するように光路ＮＮｄを設計することが好ましい。
【０１１２】
上述のように、本実施形態では、接触面１１、第１レンズ１２および結像面１４ｄがカバー１８ｄ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１ｄ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１８ｄを成形する金型を高精度で作成することにより、第１レンズ１２および結像面１４ｄを高精度に製造することができ、且つ、接触面１１、第１レンズ１２および結像面１４ｄ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。よって、光ポインティング装置１ｄ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１ｄを実現することができる。
【０１１３】
従来のように、接触面、第１レンズ、結像素子などが別部品であって、これらの部品を組み立てる場合、各部品間の接合箇所に、組み立て用のアタリ面や嵌合形状等の形状を形成する必要があった。また、各部品の相対的な位置関係を調整するための空間的なマージンを確保しておく必要があった。しかしながら、本願のように、接触面１１、第１レンズ１２および結像面１４ｄをカバー１８ｄと一体で成形する場合、上記形状を形成する必要がなく、また、必要最小限の光学面があれば、位置を調整する空間的なマージンも確保する必要がない。よって、接触面１１、第１レンズ１２および結像面１４ｄをカバー１８ｄと一体で成形することにより、接触面１１、第１レンズ１２および結像面１４ｄを含むカバー１８ｄ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１ｄの厚みを小さくすることができる。
【０１１４】
なお、本実施形態を第３の実施形態に適用する例として説明したが、同様に、第１の実施形態および第２の実施形態にも適用可能である。
【０１１５】
〔第５の実施形態〕
本発明の第５の実施形態について、図８に基づいて説明する。図８は、第５の実施形態の光ポインティング装置１ｅの断面構造を示す模式図である。第５の実施形態では、第４の実施形態と比較して、第１レンズの構成が異なっている。以下では、第５の実施形態において、第４の実施形態と異なる点について説明する。第５の実施形態において、第４の実施形態と同じ構成については説明を省略する。
【０１１６】
本実施形態に係る光ポインティング装置１ｅは、光源１３、撮像素子１５、回路基板１７およびカバー１８ｅを備える。カバー１８ｅは、光ポインティング装置１ｄのカバー１８ｄと同様に、接触面１１、第１レンズ１２ｅ、結像面１４ｄおよび立壁２８を含む。カバー１８ｄと異なる点は、カバー１８ｅでは、第１レンズ１２ｅがカバー１８ｅの上表面に対して窪んだ位置に形成されている。つまり、第１レンズ１２ｅの表面は、カバー１８ｅの上表面から突出しておらず、カバー１８ｅの内側に位置している。そのため、カバー１８ｅの上表面（接触面１１）上に突起部がない。よって、光ポインティング装置１ｅは、光ポインティング装置１ｄに比べて、光ポインティング装置の最大厚みを削減することができる。
【０１１７】
なお、本実施形態も、第４の実施形態と同様に、第１〜第３の実施形態に適用可能である。
【０１１８】
〔第６の実施形態〕
本発明の第６の実施形態について、図９に基づいて説明する。図９は、第６の実施形態の光ポインティング装置１ｆの断面構造を示す模式図である。第６の実施形態では、第４の実施形態と比較して、主として、カバーの形状およびその構成が異なっている。以下では、第６の実施形態において、第４の実施形態と異なる点について説明する。第６の実施形態において、第４の実施形態と同じ構成については説明を省略する。
【０１１９】
図９に示すように、光ポインティング装置１ｆは、基板部４０およびカバー１８ｆを備える。基板部４０は、回路基板１７、光源１３、撮像素子１５および樹脂モールド１６・１６ｆ’から成る。また、樹脂モールド１６ｆ’は、レンズ部１９を備える。カバー１８ｆは、接触面１１、第１レンズ１２、傾斜面２２ｆを形成する折り曲げ素子（反射手段）２１ｆ、結像面（結像手段）１４ｆおよび蒸着面２５ａ・２５ｂを含む。
【０１２０】
光源１３は、カバー１８ｆの第１レンズ１２に向けて光を照射するものである。光源１３から照射された光Ｍｆは、樹脂モールド１６ｆ’のレンズ部１９を介してカバー１８ｆの折り曲げ素子２１ｆにより屈折されて進行方向が変換されて第１レンズ１２（接触面１１）に到達する。そして、光Ｍｆは、第１レンズ１２で集光されて反射または透過する。つまり、光Ｍｆは、第１レンズ１２に対して斜め方向から（第１レンズ１２の表面に対して或る入射角で）入射する。後述のようにカバー１８ｆは、空気よりも屈折率が大きい材質であるため、第１レンズ１２に到達した光Ｍｆは、第１レンズ１２上に被写体１０が無い場合、その一部が第１レンズ１２を透過し、残りの一部が第１レンズ１２の表面で反射する。このとき、光Ｍｆの第１レンズ１２に対する入射角が全反射の条件を満たす場合、光Ｍｆは、第１レンズ１２を透過せず、全て第１レンズ１２で反射しカバー１８ｆ内部に向かう。一方、第１レンズ１２上に被写体１０がある場合、光Ｍｆは、第１レンズ１２で集光されて、第１レンズ１２と接している被写体１０の表面で反射し、第１レンズ１２を通ってカバー１８ｆ内部に入射する。
【０１２１】
光源１３および撮像素子１５は、透光性樹脂によって樹脂封止されており、周囲に樹脂モールド１６・１６ｆ’が形成されている。樹脂モールド１６・１６ｆ’の形状は、略直方体である。ただし、樹脂モールド１６ｆ’には、樹脂モールド１６ｆ’の上表面（天面）に半球状のレンズ部１９が形成されている。レンズ部１９は、光源１３の上方に位置し、光源１３から照射された光Ｍｆを集光するものである。樹脂モールド１６・１６ｆ’の底面は、回路基板１７の上表面と密着して接しており、光源１３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。樹脂モールド１６ｆ’のＹ軸の負側の側面および樹脂モールド１６のＹ軸の正側の側面は、それぞれ回路基板１７の側面と同一平面を形成している。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等の熱可塑性樹脂が用いられる。
【０１２２】
このように、回路基板１７上に搭載された光源１３および撮像素子１５がそれぞれ透光性樹脂によって樹脂封止されているため、回路基板１７、光源１３、撮像素子１５および樹脂モールド１６・１６ｆ’が一体となっている基板部４０が形成されている。そのため、光ポインティング装置１ｆ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１ｆ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１ｆを実現することができる。また、光源１３および撮像素子１５は、それぞれ別々に樹脂モールド１６ｆ’および１６で封止されている。そのため、光源１３から照射された光Ｍｆが透明樹脂内部を伝播して撮像素子１５に漏れこむことを防ぐことができる。つまり、迷光が撮像素子１５に入射することを防ぐため、光ポインティング装置１ｆの迷光による誤動作を防ぐことができ、被写体１０を高精度に検知することができる。
【０１２３】
次に、カバー１８ｆの構成について説明する。カバー１８ｆは、光源１３および撮像素子１５などの光ポインティング装置１ｆを構成する各部・各素子を保護するものである。カバー１８ｆは、基板部４０の上側に位置し、基板部４０の側面および上表面に密着して接している。カバー１８ｆのＺ軸の負側の表面であって、基板部４０上に搭載され光ポインティング装置１ｆ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１８ｆの裏面２０ｆと称する。換言すると、カバー１８の表面であって、基板部４０に対向する面を裏面２０ｆとする。すなわち、カバー１８ｆの裏面２０ｆの一部は、基板部４０の側面および上表面と密着して接している。カバー１８ｆの底面３０は、基板部４０の底面と同一平面を形成している。カバー１８ｆの上表面とカバー１８ｆの底面３０および基板部４０の底面とが平行であり、カバー１８ｆの両側面がカバー１８ｆの上表面、並びに、カバー１８ｆの底面３０および基板部４０の底面に対して垂直な面を形成している。すなわち、光ポインティング装置１ｆが略直方体の形状である。ただし、この形状に限るものではなく、カバー１８ｆの上表面とカバー１８ｆの底面３０および基板部４０の底面とが平行であればよく、カバー１８ｆの両側面がカバー１８ｆの上表面、並びに、カバー１８ｆの底面３０および基板部４０の底面に対して垂直な面を形成していなくてもよい。例えば、図９に示すような光ポインティング装置１ｆの断面図において、光ポインティング装置１ｆの形状が台形状であってもよい。つまり、カバー１８ｆの側面が平面であれば、カバー１８ｆの上表面（光ポインティング装置１ｆの天面）の長さと、カバー１８ｆの底面３０および基板部４０の底面の合計の長さ（光ポインティング装置１ｆの底面の長さ）とが異なっていてもよい。
【０１２４】
接触面１１は、被写体１０が光ポインティング装置１ｆと接する面である。接触面１１は、カバー１８ｆの上表面であって、光源１３の上方に位置する。
【０１２５】
第１レンズ１２は、光源１３から照射されて傾斜面２２ｆを透過屈折した光Ｍｆを集光して第１レンズ１２からカバー１８ｆの外部へ出射するものである。また、第１レンズ１２は、被写体１０の第１レンズ１２に接している表面上で散乱反射して、第１レンズ１２を通ってカバー１８ｆ内部に入射した光Ｎｆを集光して、折り曲げ素子２１ｆの傾斜面２２ｆに向けて出射するものである。第１レンズ１２は、光源１３の上方であって、カバー１８ｆの上表面に位置する。第１レンズ１２の表面は、接触面１１の一部を形成する。つまり、第１レンズ１２の表面は、被写体１０と接する面である。第１レンズ１２の曲面は、球面でも非球面でもよい。具体的に、第１レンズ１２の曲面が、シリンドリカル面や、トロイダル面などであってもよい。
【０１２６】
折り曲げ素子（プリズム）２１ｆは、カバー１８ｆの一部を構成しており、光源１３の上方、且つ、第１レンズ１２の下方に位置し、カバー１８ｆの裏面２０ｆの基板部４０と接しない部分に位置する、カバー１８ｆの裏面２０ｆの凹部に形成される。折り曲げ素子２１ｆには、傾斜面２２ｆが形成されており、該傾斜面２２ｆとカバー１８ｆ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２１ｆは、光源１３から照射された光Ｍｆを傾斜面２２ｆで屈折させて、第１レンズ１２に向かうように光Ｍｆの経路を変換するものである。また、折り曲げ素子２１ｆは、被写体１０から反射されて、第１レンズ１２で集光された光Ｎｆを傾斜面２２ｆで全反射させて、カバー１８ｆの内部であって、Ｙ軸の正方向に光Ｎｆの経路を変換するものである。換言すると、折り曲げ素子２１ｆは、被写体１０から反射されて第１レンズ１２よりカバー１８ｆ内部に入射して集光された光を水平方向へ導光すべく反射するものである。傾斜面２２ｆで全反射された、被写体１０から反射された光Ｎｆは、後述の蒸着面２５ａに向かう。このように、折り曲げ素子２１ｆの傾斜面２２ｆは、光Ｍｆを透過し、光Ｎｆを全反射するものである。そのため、カバー１８ｆには、カバー１８ｆと基板部４０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１８ｆ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２１ｆの傾斜面２２ｆには、光Ｎｆ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。
【０１２７】
結像素子（レンズ）１４ｆは、被写体１０からの反射光Ｎｆ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。具体的には、折り曲げ素子２１ｆによって水平方向に反射された光を水平方向に対して反対方向（Ｙ軸の負方向）に反射するとともに結像するものである。結像面１４ｆにて結像した光は、カバー１８ｆを出射して撮像素子１５に入射する。ここで、結像面１４ｆにて結像した光が撮像素子１５に向かって出射する箇所を出射部と称する。出射部は、カバー１８ｆの裏面２０ｆの一部である。結像面１４ｆは、カバー１８ｆの裏面２０ｆに形成されているレンズを構成しており、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１８ｆの裏面２０ｆの基板部４０と接しない部分に位置する、カバー１８ｆの裏面２０ｆの凹部に形成される。結像面１４ｆ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。結像面１４ｆは、このトロイダル面で反射光Ｎｆを撮像素子１５に結像するように反射している。結像面１４ｆにおいて効率的に光Ｎｆを反射させるために、結像面１４ｆのトロイダル面には、金属（例えば、アルミ、ニッケル、金、銀、誘電多層膜、誘電体ダイクロ膜など）の反射膜を蒸着させる。なお、結像面１４ｆに形成されている面は、球面でも非球面でもよい。例えば、結像面１４ｆに形成されている面が、シリンドリカル面などであってもよい。
【０１２８】
蒸着面２５ａは、傾斜面２２ｆで全反射された光Ｎｆを結像面１４ｆに入射させ、結像面１４ｆから反射された光Ｎｆを撮像素子１５に入射させるために、光Ｎｆを反射するものである。蒸着面２５ａは、撮像素子１５の上方であって、カバー１８ｆの上表面に位置する。蒸着面２５ａは、カバー１８ｆの上表面に反射膜を蒸着させて形成される。蒸着面２５ａ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１３が照射する光の波長が８００ｎｍ以上の赤外光の場合、反射膜の具体例として、蒸着面２５ａを形成する反射膜は、光源１３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１３が照射する光の波長と、蒸着面２５ａ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Ｎｆを効率的に反射し、且つ、外観上は目立たない蒸着面２５ａを形成することができる。
【０１２９】
蒸着面２５ｂは、結像面１４ｆから反射されて蒸着面２５ａで反射された光Ｎｆを再度蒸着面２５ａに向けて反射するものである。蒸着面２５ｂ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１８ｆの裏面２０ｆに位置する。蒸着面２５ｂは、カバー１８ｆの裏面２０ｆに反射膜を蒸着させて形成される。蒸着面２５ｂ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、蒸着面２５ｂは、アルミ、ニッケル、金、銀、誘電体多層膜、誘電体ダイクロ膜などの金属を蒸着して形成される。
【０１３０】
ここで、再度、光源１３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１３から照射された光Ｍｆが、折り曲げ素子２１ｆの傾斜面２２ｆで屈折透過されて、第１レンズ１２で集光されて、第１レンズ１２からカバー１８ｆの外部へ出射する。第１レンズ上に被写体１０がある場合、被写体１０の第１レンズ１２に接している表面上で、光源１３から照射された光Ｍｆが散乱反射する。被写体１０の表面で反射された光Ｎｆは、第１レンズ１２で再度集光されて、折り曲げ素子２１ｆに向かう。光Ｎｆは、折り曲げ素子２１ｆの傾斜面２２ｆで全反射されて、進路がＹ軸の正方向に変わる。傾斜面２２ｆで全反射された光Ｎｆは、蒸着面２５ａで反射し、結像面１４ｆに到達する。そして、光Ｎｆは、結像面１４ｆで折り返し反射されて、蒸着面２５ａ、蒸着面２５ｂ、蒸着面２５ａで次々と反射されて撮像素子１５に入射する。
【０１３１】
なお、本実施形態において、光路ＮＮｆは、図９に示す経路に限るものではない。例えば、結像面１４ｆで折り返し反射された光Ｎｆが、蒸着面２５ｂで反射せずに、蒸着面２５ａで反射してそのまま撮像素子１５に入射してもよい。つまり、光Ｎｆが蒸着面２５ａおよび２５ｂで反射する回数は任意に設計してよい。
【０１３２】
上述のように、本実施形態では、接触面１１、第１レンズ１２、折り曲げ素子２１ｆおよび結像面１４ｆがカバー１８ｆ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１ｆ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１８ｆを成形する金型を高精度で作成することにより、第１レンズ１２の曲面、折り曲げ素子２１ｆの傾斜面２２ｆおよび結像素子１４を高精度に製造することができ、且つ、接触面１１、第１レンズ１２、折り曲げ素子２１ｆおよび結像素子１４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。さらに、第１レンズ１２の曲面の曲率および結像面１４ｆの曲面の曲率を金型公差に基づいて適宜設計することができる。よって、光ポインティング装置１ｆ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１ｆを実現することができる。
【０１３３】
従来のように、接触面、第１レンズ、折り曲げ素子、結像素子などが別部品であって、これらの部品を組み立てる場合、各部品間の接合箇所に、組み立て用のアタリ面や嵌合形状等の形状を形成する必要があった。また、各部品の相対的な位置関係を調整するための空間的なマージンを確保しておく必要があった。しかしながら、本願のように、接触面１１、第１レンズ１２、折り曲げ素子２１ｆおよび結像面１４ｆをカバー１８ｆと一体で成形する場合、上記形状を形成する必要がなく、また、必要最小限の光学面があれば、位置を調整する空間的なマージンも確保する必要がない。よって、接触面１１、第１レンズ１２、折り曲げ素子２１ｆおよび結像面１４ｆをカバー１８ｆと一体で成形することにより、接触面１１、第１レンズ１２、折り曲げ素子２１ｆおよび結像面１４ｆを含むカバー１８ｆ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１ｆの厚みを小さくすることができる。
【０１３４】
また、本実施形態では、基板部４０の側面および上表面をカバー１８ｆの位置決めの基準として、基板部４０の上方にカバー１８ｆを組み立てている。そのため、基板部４０とカバー１８ｆ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１ｆ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１ｆを実現することができる。
【０１３５】
また、本実施形態では、光Ｎｆの経路（被写体１０に反射されて撮像素子１５を覆う樹脂モールド１６に入射するまで）が１つの部材であるカバー１８ｆ内に収まっている。つまり、光Ｎｆが１つの媒質（導光体）内を伝播している。具体的には、被写体１０からの反射光Ｎｆがカバー１８ｆに入射してから、第１レンズ１２での集光、折り曲げ素子２１ｆによる水平方向への全反射、結像面１４ｆによる反射、蒸着面２５ａから撮像素子１５への出射までが１つの媒質であるカバー１８ｆ内で行われている。よって、異なる媒質の境界で発生する散乱反射および減衰を防ぐことができるため、撮像素子１５が鮮明な像を撮像することができる。それゆえ、光ポインティング装置１ｆが安定的に被写体１０を高精度に検知することができる。
【０１３６】
また、樹脂モールド１６ｆ’の側面上およびレンズ部１９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、樹脂モールド１６の側面上、および被写体１０からの反射光Ｎｆが透過する箇所を除く樹脂モールド１６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ＡＢＳ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、樹脂モールド１６ｆ’および樹脂モールド１６の周囲に遮光性樹脂を樹脂封止することによって、光源１３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Ｎｆ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１ｆ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。また、遮光性樹脂を樹脂モールド１６ｆ’および樹脂モールド１６の周囲に樹脂封止する代わりに、樹脂モールド１６ｆ’の側面上およびレンズ部１９を除く上表面上、並びに、樹脂モールド１６の側面上、および被写体１０からの反射光Ｎｆが透過する箇所を除く樹脂モールド１６の上表面上を黒塗りにしたり、スリガラス状に荒らしたりしてもよい。
【０１３７】
なお、遮光性樹脂を樹脂モールド１６ｆ’および樹脂モールド１６の周囲に形成した場合、回路基板１７の側面と遮光性樹脂で形成される面とが同一平面になるようにする。また、カバー１８ｆの裏面２０ｆと遮光性樹脂で形成される面とが密着して接している。そのため、遮光性樹脂で形成される面および回路基板１７の両側面をカバー１８の位置決めの基準として、基板部４０の上側にカバー１８ｆを組み立てる。
【０１３８】
なお、本実施形態は、第４の実施形態だけではなく、第１〜第３および第５の実施形態にも適用可能である。
【０１３９】
〔第７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。
【０１４０】
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１〜６の実施形態で説明した光ポインティング装置１および１ｂ〜１ｆの何れも適用可能である。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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】
【０１４６】
本発明は、ＰＣや携帯電話機など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】
【０１４７】
１、１ａ〜１ｆ  光ポインティング装置
１０    被写体
１１    接触面
１２、１２ｅ  第１レンズ（入射手段）
１３    光源
１３’  外光
１４    結像素子（結像手段）
１４ｄ  結像面（結像手段、反射手段）
１４ｆ  結像面（結像手段）
１５    撮像素子
１６、１６’、１６ｆ’  樹脂モールド
１７    回路基板
１８、１８ａ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ  カバー（カバー部材）
１９    レンズ部
２０、２０ｄ、２０ｆ  裏面
２１    凸部（反射手段）
２１ｆ  折り曲げ素子（反射手段）
２２    反射面
２２ｆ  傾斜面
２３    立ち下げ面
２４    遮光板
２５ａ、２５ｂ  蒸着面
２６    透過面
２８    立壁
２９    第２レンズ
３０    底面
３１    金型キャビティ
３２    金型コア
３３    ゲート
３３’  突出部
３４    流動化された樹脂
３６    金型
４０    基板部
Ｍ、Ｍａ、  被写体を透過して第１レンズに向かう外光
ＭＭ、ＭＭａ  被写体を透過して第１レンズに向かう外光の経路
Ｍｂ〜Ｍｆ  光源から照射されて第１レンズに向かう光
ＭＭｂ〜ＭＭｆ  光源から照射されて第１レンズに向かう光の経路
Ｎ、Ｎａ〜Ｎｆ  被写体で反射して撮像素子に入射する光
ＮＮ、ＮＮａ〜ＮＮｆ  被写体で反射して撮像素子に入射する光の経路
θ      傾斜角度
１００  携帯電話機
１０１  モニター側筐体
１０２  操作側筐体
１０３  マイク部
１０４  テンキー
１０５  モニター部
１０６  スピーカー部
１０７  光ポインティング装置
【図１】
2011095851.tif 000003
【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】
2011095851.tif 000008
【図７】
2011095851.tif 000009
【図８】
2011095851.tif 000010
【図９】
2011095851.tif 000011
【図１０】
2011095851.tif 000012
【図１１】
2011095851.tif 000013
【図１２】
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