光ポインティング装置およびそれを備えた電子機器
【課題】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板型光学部材を用いる場合に、簡単な方法で組立時のポインティング装置の性能低下を無くし、製造歩留りの高い光ポインティング装置を提供する。
【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。傾斜面１３は全反射面となっている。また、傾斜面１３の一部には、全反射面ではない反射面４０が形成されている。
【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。傾斜面１３は全反射面となっている。また、傾斜面１３の一部には、全反射面ではない反射面４０が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【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なったが、キーパッドの方向キー等を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】
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、下記のようなポインティング装置が提案されている。このポインティング装置は、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。
【０００５】
例えば、特許文献１および特許文献２に開示された光学式ジョイスティックは、接触面上の被写体の動きを電気信号として出力する光ポインティング装置として用いられる。こ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する。集光された被写体の像は、イメージセンサ等の撮像素子で連続的に撮像され、撮像した画像データにおける直前の撮影画像データに対する変化量を抽出する。こうして抽出された変化量に基づいて被写体の動きが算出される。このような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】
上記特許文献１および特許文献２に開示された光学式ジョイスティックでは、その光学系は、装置の小型化・薄型化を図るため、ＬＥＤ及び反射ミラーを含む光源部と、第１反射面及び第１平凸レンズ部を有する第１導波管と、第２反射面及び第２平凸レンズ部を有する第２導波管と、イメージセンサとを含んでいる。この光学式ジョイスティックでは、第１導波管及び第２導波管が反射面及びレンズ部を含み、光学系は水平方向に折り曲げて配置されるため、装置の垂直方向の長さ（厚み）を小さく（約２ｍｍ以下）することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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２００８−２２６２２４号公報（２００８年９月２５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、上記特許文献１および２における光ポインティング装置では、製造工程において部品の組み立て工程数が多く、検知精度を高く維持することが困難である、という問題があった。
【０００９】
これらの問題を解決しうる薄型の光ポインティング装置を提供するために、本願出願人は、特願２００９−２２７５２６号の出願を行なっている。尚、上記先行出願は本願出願時において未公開である。
【００１０】
上記先行出願では、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薄型の導光板型光学部材を用いた構成の光ポインティング装置が開示されている。具体的には、上記光ポインティング装置は、図８に示すように、基板部１００と導光板型光学部材であるカバー部１１０とを備えている。基板部１００は、主に回路基板１０１、光源１０２、撮像素子１０４を含むセンサ基板１０３、及び透明樹脂１０５Ａ，１０５Ｂからなっている。また、カバー部１１０は、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板型光学部材であり、反射傾斜面１１１、反射光を撮像素子１０４に結像させる結像反射面１１２、及び反射面１１３，１１４を含んでいる。反射面１１２〜１１４は、カバー部１１０の表面に金属反射膜を蒸着させて形成されている。
【００１１】
上記光ポインティング装置では、カバー部１１０の表面に被写体（例えば指）が接触している時、光源１０２から照射される光が被写体によって反射され、その反射光がカバー部１１０内を導光される。導光された光は、最終的に撮像素子１０４によって検知される。
【００１２】
上記導光板型光学部材、すなわちカバー部１１０を用いた光ポインティング装置では、導光型光学部材における光利用効率を高効率化するために、その反射面の一部または全部を全反射面で形成することも多い。上記光ポインティング装置では、反射傾斜面１１１が全反射面とされている。さらに、装置を小型化するために、その全反射面を通して被写体を照明する構成としている。
【００１３】
しかしながら、小型・薄型のポインティング装置では、この全反射面がポインティング装置内部の他の構造体と近接して狭い隙間を形成しやすく、装置の接着組立の際に使用した残余の接着剤がこの隙間に流出し、該全反射面に誤って付着してしまうことがある。
【００１４】
接着剤が付着したその部分では、全反射条件が満たされないため反射が起こらず、そこに投影される被写体からの反射光は撮像素子に投影されない。結果、その部分に本来投影される指紋の動きが消されてしまい、ポインティング装置の性能が低下する。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、簡単な方法でポインティング装置の性能低下を無くし、製造歩留り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】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明は、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た光ポインティング装置であって、上記光源と上記撮像素子とは、基板部に搭載されており、上記導光型光学部材と上記基板部とは、透光性接着層によって接着されており、上記導光型光学部材には、上記光源から照射され、上記被写体から反射された反射光に対して全反射条件を満たし、上記反射光の一部を全反射させる第１の面と、上記第１の面よりも上記透光性接着層に近い位置に形成され、上記第１の面と連続した同一面を形成する第２の面とが形成されており、上記第２の面上には、上記被写体から反射された反射光の残りの一部を反射する反射部材が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、上記被写体から反射された反射光は、上記第１および第２の面によって反射された後、上記導光型光学部材の内部を導光される。一方、上記導光型光学部材と上記基板部とは、透光性接着層によって接着されており、この透光性接着層は、その塗布量が多い場合には、上記反射光を反射すべき面にまで広がる。
【００１８】
この場合、上記反射光を反射すべき面の全体が、全反射による面であれば、この面に透光性接着層が付着するとその部分で全反射条件が満たされなくなり、撮像素子に落ちる被写体像は一部が欠けた像となる。これに対し、上記反射光を反射すべき面の一部を、反射部材を有する第２の面とすることで、透光性接着層が上記第２の面まで広がったとしてもその部分での反射は確保されるため、被写体像の一部が欠けるといった不具合を防止できる。
【００１９】
また、上記光ポインティング装置では、上記光源からの照射光は、上記第１の面を通して被写体を照明する構成とすることができる。
【００２０】
また、上記光ポインティング装置では、上記撮像素子は第一の構造体に収容されており、上記第一の構造体および上記反射部材とが上記透光性接着層によって接着固定されている構成とすることができる。
【００２１】
また、上記光ポインティング装置では、上記光源は第二の構造体に収容されており、上記第一の構造体と上記反射部材と上記第二の構造体とが上記透光性接着層によって接着固定されている構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以上のように、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、上記光源と上記撮像素子とは、基板部に搭載されており、上記導光型光学部材と上記基板部とは、透光性接着層によって接着されており、上記導光型光学部材には、上記光源から照射され、上記被写体から反射された反射光に対して全反射条件を満たし、上記反射光の一部を全反射させる第１の面と、上記第１の面よりも上記透光性接着層に近い位置に形成され、上記第１の面と連続した同一面を形成する第２の面とが形成されており、上記第２の面上には、上記被写体から反射された反射光の残りの一部を反射する反射部材が形成されている構成である。
【００２３】
それゆえ、上記反射光を反射すべき面の一部を、反射部材を有する第２の面とすることで、透光性接着層が上記第２の面まで広がったとしてもその部分での反射は確保されるため、被写体像の一部が欠けるといった不具合を防止できるとの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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断面図である。
【図２】本発明におけるポインティング装置を構成する２つの部品を説明する図であり、（ａ）は基板部を示す斜視図であり、（ｂ）はカバー部を示す斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明におけるポインティング装置の組立手順を説明する図である。
【図４】本発明が解決しようとする課題を説明する図であり、（ａ）は図３（ｃ）の状態における光源から撮像素子近傍の断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）の状態からカバー部をＺ軸負方向に移動している途中における光源から撮像素子近傍の断面図であり、（ｃ）は図４（ｂ）の状態からカバー部をさらに移動させて図３（ｄ）の状態になった時における光源から撮像素子近傍の断面図であり、（ｄ）は本発明における課題となる光源から撮像素子近傍に起こる状態を示す断面図である。
【図５】上記課題の解決手法を説明する図である。
【図６】本発明における他の効果を説明する図であり、（ａ）はプリズムと回路基板との隙間に透光性接着層が無い場合の図であり、（ｂ）はプリズムと回路基板との隙間に透光性接着層が有る場合の図である。
【図７】（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８】本発明で解決しようとする課題が生じうる光ポインティング装置の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態を示す光ポインティング装置について、図１〜図６に基づいて説明する。まず、図１は、本実施の形態にかかる光ポインティング装置１の概略構造を示す断面図である。また、図２（ａ），（ｂ）は、光ポインティング装置１の主要構成部をそれぞれ示す斜視図である。光ポインティング装置１は、主要構成部として、基板部２６と導光型光学部材であるカバー部２４とを備えている。図２（ａ）は基板部２６の斜視図であり、図２（ｂ）はカバー部２４の斜視図である。
【００２７】
基板部２６は、主に回路基板２１、光源１６、撮像素子１５を含むセンサ基板２２、及び透明樹脂（第一の構造体）２０および透明樹脂（第二の構造体）２０’からなっている。
【００２８】
カバー部２４は、接触面１１、傾斜面（第１の面）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・４０を含んでいる。ここで、反射面（第２の面）４０は、傾斜面１３と連続して同一面を形成しているが、傾斜面１３はカバー部２４の表面と空気層との界面を持つ全反射層であるのに対し、反射面４０はカバー部２４の表面に金属膜（反射部材）が蒸着された反射面である。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１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１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１に対して便宜的に小さく記載している。
【００２９】
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軸とし、光ポインティング装置１の幅方向（図１の横方向）をＹ軸とする。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、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。また、光ポインティング装置１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１の奥側から手前側に向く方向をＸ軸の正方向とする。
【００３０】
まず、カバー部２４の構成について説明する。カバー部２４は、光源１６及び撮像素子１５等の光ポインティング装置１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の透明樹脂２０の側面２０Ａおよび透明樹脂２０，２０’の側面２０Ｃに直接密着し、かつ、接着層（透光性樹脂層）３０Ａ・Ｂを介して基板部２６の上表面２０Ｂに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１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。
【００３１】
カバー部２４の底面２４Ｂ・２４Ｂ’は、同一平面を形成している。また、カバー部２４の上表面と、カバー部２４の底面２４Ｂ・２４Ｂ’と、基板部２６中の回路基板２１の底面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における接触面１１並びに回路基板２１の底面及びカバー部２４の底面２４Ｂ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１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２４Ｂに対して垂直になっていても構わない。
【００３２】
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１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、回路基板２１の底面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。
【００３３】
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１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。
【００３４】
上記折り曲げ素子１２は、プリズムになっており、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Ｌ１の一部を傾斜面１３で全反射させ、残りの一部を反射面４０で反射させて、カバー部２４の内部におけるＹ軸の正方向に反射光Ｌ１の経路を変換するものである。傾斜面１３および反射面４０にて反射された、被写体１０から反射された反射光Ｌ１は、後述する反射面１７に向かう。
【００３５】
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の一部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。
【００３６】
また反射面４０は、反射光Ｌの内、傾斜面１３で全反射された以外の光を反射するものである。反射面４０は、傾斜面１３と同一面上、かつＹ軸の負方向側に位置し、カバー部２４の裏面に位置する。反射面４０を形成する理由および効果は後述するが、反射面４０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４０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４０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。また、反射テープを貼り付けても構わない。
【００３７】
結像素子１４は、被写体１０からの反射光Ｌ１を反射して反射光Ｌ２に経路を変換し、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Ｌ１を反射して反射光Ｌ２と成し、かつ撮像素子１５に結像するような機能を持つ。結像素子１４において効率的に反射光Ｌ１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。
【００３８】
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。
【００３９】
反射面１７は、傾斜面１３で全反射された反射光Ｌ１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Ｌ２を撮像素子１５に入射させるためのものである。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。
【００４０】
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１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。
【００４１】
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Ｌ２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。
【００４２】
次に、基板部２６の構成について説明する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。ただし、光源１６から撮像素子１５に対して、カバー部２４を通らず直接伝播される光が存在する。この光は、カバー部２４中を通る反射光Ｌ１およびＬ２として撮像素子１５に入射する光に対して、迷光として作用するため、撮像品質が劣化する。従ってこの迷光は、基板部２６の透明樹脂２０’に隣接して設けられた遮光樹脂１９により遮光を行うことで、撮像品質の劣化を防いでいる。
【００４５】
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。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。
【００４６】
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。センサ基板２２は、撮像素子１５および図示しない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、センサ基板２２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。
【００４７】
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。センサ基板２２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。センサ基板２２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。センサ基板２２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、センサ基板２２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、センサ基板２２は、撮像素子１５にて撮像した画像データを順番に回路基板２１に送信する。
【００４８】
センサ基板２２の処理をまとめると、センサ基板２２は、接触面１１上に被写体１０が無い場合、接触面１１の像を撮像素子１５にて撮像する。次に、接触面１１上に被写体１０が接触すると、センサ基板２２は、接触面１１と接している被写体１０の表面の像を撮像素子１５にて撮像する。例えば、被写体１０が指先の場合、センサ基板２２は、指先の指紋の像を撮像素子１５にて撮像する。ここで、撮像素子１５により撮像された画像データは、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、センサ基板２２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。
【００４９】
光源１６及び撮像素子１５を含むセンサ基板２２は、透光性樹脂である透明樹脂２０・２０’によって周囲が樹脂封止されている。透明樹脂２０・２０’の形状については後述する。透明樹脂２０・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及びセンサ基板２２にそれぞれ密着する凹部が形成されている。透明樹脂２０・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。
【００５０】
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を含むセンサ基板２２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、センサ基板２２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、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。
【００５１】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置１では、基板部２６の透明樹脂２０・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・２０’に当て決めを行うための基準となる当接面２４Ａ・２４Ａ’・２４Ｂ・２４Ｃ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・２４Ａ’・２４Ｂ・２４Ｃ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ものとなっている。
【００５２】
上記構成の光ポインティング装置１において、整理して、光源１６から照射された光が被写体１０を反射して撮像素子１５に入射する経路を図１に基づいて説明する。
【００５３】
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Ｌ１の一部は、折り曲げ素子１２の傾斜面１３で全反射され、反射光Ｌ１の残りの一部は反射面４０で反射されて、進路がＹ軸の正方向に変わる。傾斜面１３および反射面４０で反射された反射光Ｌ１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Ｌ１は、結像素子１４にて折り返し反射されて反射光Ｌ２となり、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。
【００５４】
ここで、反射光Ｌ２はカバー部２４から撮像素子１５に対して斜めから入射するが、この入射の角度はカバー部２４のＺ方向の厚みを薄くすればするほどＺ軸に対して大きくなる。そしてこの角度が、カバー部２４の材質の持つ屈折率から算出される全反射角度よりも大きくなった場合、反射光Ｌ２の一部または全部がカバー部２４の当接面２４Ｂで全反射されて、撮像素子１５に入射されなくなる。この課題を解決するために、光ポインティング装置１では、カバー部２４の当接面２４Ｂと基板部２６の透明樹脂２０の当接面２０Ｂの間の隙間に透光性樹脂３０からなる透光性接着層４１が設けられている。
【００５５】
この透光性接着層４１の屈折率と、カバー部２４および基板部２６の透明樹脂２０の屈折率との差を小さくすることによって、反射光Ｌ２のＺ軸に対する入射角が大きくなっても、全反射条件が満たされなくなるため、反射光Ｌ２は撮像素子１５に入射することが出来る。
【００５６】
例えばカバー部２４の材質をポリカーボネートやアクリルにした場合、その屈折は１．４〜１．６である。また透明樹脂２０・２０’の材質としてエポキシ系樹脂とした場合、その屈折率は１．５〜１．６５である。従って、この透光性接着層４１の材質としては、屈折率が１．４〜１．６辺りの材料が望ましく、例えばアクリル系やシリコーン系（または変性シリコーン系）もしくはエポキシ樹脂等の熱硬化性または常温硬化性の接着剤が挙げられる。
【００５７】
次に図３（ａ）〜（ｄ）を用いて、本発明の光ポインティング装置の組立工程を説明する。
【００５８】
まず、基板部２６に対して、図示しない外部基板との接続を行うためのＦＰＣ（Flexible_Print_Circuit）２３を、無鉛半田リフロー処理等を用いてハンダ付けする。
【００５９】
その後、基板部２６の透明樹脂２０表面およびＦＰＣ２３表面の油や樹脂バリ等汚損物をプラズマ処理により清浄する。この時、透明樹脂２０表面は清浄されるだけでなく数μ以下の粗さに粗化（微小な凹凸が形成）されるため、硬化前の流動性をもつ透光性接着剤３０の濡れ性が向上しかつ接触面積が大きくなるだけでなく、上記微小な凹凸が透光性接着層４１を構成する樹脂に対するアンカーの役割を果たすため、物理的な接着力も向上する。
【００６０】
すなわち、小型化および薄型化を達成し、かつ高い信頼性（耐環境性）および性能を有する光ポインティング装置１を提供することができる。
【００６１】
本実施形態においては、流動性を持つ透光性接着剤３０と、透明樹脂２０との物理的な接着力を向上させるために、Ａｒプラズマ処理によって透明樹脂２０表面に凹凸を形成し、かつ透明樹脂２０表面から離型剤を除去しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、透明樹脂２０表面を大気中におけるコロナ放電、Ｏ２プラズマやＣＨ４プラズマで処理することによって、水酸基、カルボニル基およびカルボキシル基などの官能基を透明樹脂２０表面に付与してもよい。透明樹脂２０表面に水酸基、カルボニル基およびカルボキシル基などの官能基を付与することによって、透明樹脂２０と透光性接着剤３０との化学的な結合力も向上させることができ、硬化後の透光性接着層４１と透明樹脂２０との物理的な接着力および化学的な結合力の向上を同時に行うことによって、基板部２６からカバー部２４が剥離することを抑制することができる。
【００６２】
また、透明樹脂２０やカバー部２４の当接面２４Ｂ上に、シランカップリング剤が付与されていても良い。付与するシランカップリング剤は、化学的な接着力を向上し得るものであればよく、従来公知のシランカップリング剤から、カバー部２４および透明樹脂２０を構成する樹脂の性質に合わせて、エポキシ系やアミノ系その他のシランカップリング剤を適宜選択すればよい。
【００６３】
シランカップリング剤の付与は、以下のように行なえばよい。シランカップリング剤をイソプロピルアルコールなどの有機溶媒によって１％程度に希釈し、希釈したシランカップリング剤にカバー２４部当接面２４Ｂや透明樹脂２０の上面を浸漬（ディップ）する。その後乾燥させることによって、シランカップリング剤を付与することができるが、なおここで説明した方法以外にも、従来公知の方法を用いてシランカップリング剤を付与することができる。
【００６４】
以上、このように処理された部分を接着力向上部とする。
【００６５】
その後、図３（ａ）に示すように、ＦＰＣ２３上の回路基板２１に隣接する外側の領域に、カバー部２４のフランジ２５と接するように黒色接着剤３１を、ディスペンサシリンジ３２を用いて塗布する。この黒色接着剤３１は、光ポインティング装置１の外部から入ってくる迷光およびカバー部２４内を伝播する迷光をも遮光するために黒色を用いることが好ましい。この黒色接着剤３１の材質は、アクリル系やシリコーン系（または変性シリコーン系）もしくはエポキシ樹脂等の熱硬化性または常温硬化性の接着剤が挙げられる。ただし、黒色接着剤３１を熱硬化性とする場合は、ＦＰＣ２３上の隙間３１Ａを設ける。これにより、基板部２６上に、カバー部２４が配置された際、フランジ２５と黒色接着剤３１が密着され、加熱される際に、光ポインティング装置１内部に閉じ込められた空気が加熱により体積膨張して、装置１内部で破裂するのを防ぐことが出来る。
【００６６】
次に、図３（ｂ）に示すように、基板部２６の透明樹脂２０の当接面２０Ｂ上であって、撮像素子１５直上の領域３３以外の場所に、透光性樹脂３０を、ディスペンサシリンジ３２を用いて塗布する。この位置に塗布する理由としては、以下の通りである。
【００６７】
透光性樹脂３０は中にはその製造工程やディスペンサシリンジ３２への詰め替え作業においてとりきれない微小の気泡が存在し、それら気泡が撮像素子１５直上にあれば気泡により撮像素子１５に入射する光が散乱されて、被写体１０の像が撮像素子１５に正確に投影されない。図３（ｂ）において、透光性樹脂３０を領域３３の場所に塗布した場合、カバー部２４を配置する前から、撮像素子１５直上に上記の気泡が存在する確率が高くなるため、領域３３以外の場所に塗布しておいて、図３（ｃ）以降のカバー部２４を配置する工程にて、カバー部当接面２４Ｂと透明樹脂２０の当接面２０Ｂとの隙間を狭くしていく。このように、領域３３以外の場所に塗布された透光性樹脂３０をカバー部２４と基板部２６との間の隙間に押し拡げていく様にすることで、撮像素子１５直上への気泡の存在する確率を低くすることが出来る。
【００６８】
また、透光性樹脂３０として熱硬化性樹脂を選択していた場合、最終的には加熱することになるが、加熱により透光性樹脂３０の粘度が下がり、撮像素子１５直上に存在していなかった気泡が、加熱により大きくなったり繋がったりしながら、撮像素子１５上に移動する現象が発生することもある。この現象については、カバー部当接面２４Ｂと透明樹脂２０の当接面２０Ｂとの隙間を小さくすることで、隙間よりも大きい気泡の撮像素子１５上への移動を妨げることが出来るため、上記隙間を撮像素子１５の最小画素サイズ以下にしておけば、加熱時の気泡の問題は無くなる。
【００６９】
なお、透明樹脂２０’の当接面２０Ｂとカバー部当接面２４Ｂ’も接着するのであれば、この段階で、基板部２６の透明樹脂２０’の当接面２０Ｂ上に透光性樹脂３０を塗布する。
【００７０】
その後、図３（ｃ）に示すように、基板部２６上にカバー部２４を配置する。配置する際の位置決めは、上述したように、基板部２６の透明樹脂２０の当接面２０Ａに対して、カバー部２４の当接面２４Ａ・２４Ａ’が当接するように、また基板部２６の透明樹脂２０の当接面２０Ｃに対して、カバー部２４の当接面２４Ｃが当接するように、さらに基板部２６の透明樹脂２０の当接面２０Ｂに対して、カバー部２４の当接面２４Ｂが、基板部２６の透明樹脂２０’の当接面２０Ｂに対して、カバー部２４の当接面２４Ｂ’が当接するように配置する（配置後は図３（ｄ）のようになる）。
【００７１】
透光性樹脂３０および黒色樹脂３１として熱硬化性の樹脂を選択していた場合は、加熱炉に入れて、適宜加熱を行い本発明の光ポインティング装置１の組立工程が終了する。
【００７２】
次に図４〜図６を用いて、光ポインティング装置１において透光性接着層４１を形成する場合に生じうる課題とその解決方法および効果を説明する。
【００７３】
図４は、組立工程における課題を説明する図である。図４（ａ）は、図３（ｃ）の状態における光源１６から撮像素子１５近傍のＹ軸方向断面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態から、カバー部２４を配置するため矢印により図示するＺ軸負方向に移動している途中における光源１６から撮像素子１５近傍のＹ軸方向断面図である。さらに図４（ｃ）は、図４（ｂ）の状態からカバー部２４をさらに移動させて、図３（ｄ）の状態になった時における光源１６から撮像素子１５近傍のＹ軸方向断面図である。なお、図４（ｄ）は、本発明における課題となる光源１６から撮像素子１５近傍に起こる状態を示すＹ軸方向断面図である。
【００７４】
図４（ａ）の状態から、カバー部２４をＺ軸負方向に移動させた場合、透光性接着剤３０は、カバー部２４の当接面２４Ｂと透明樹脂２０の当接面２０Ｂに挟まれて、図示する透光性接着層４１として隙間に充填される。そして、カバー部２４の移動が終わり、カバー部２４が所定の位置に配置された図４（ｃ）の状態において、透光性接着層４１は、プリズム１２と回路基板２１とで形成される隙間にまで拡がっている。もちろんこの充填状態は、図４（ａ）における塗布された透光性接着剤３０の塗布量により変化する。すなわち透光性接着剤３０の塗布量が少ない場合は、図４（ｃ）のごとき充填状態になり、多い場合には、図４（ｄ）の点線で囲まれたＡ部に示すがごとき状態となる。
【００７５】
また図４（ｄ）のような状態は、透光性接着剤３０として熱硬化型を採用した場合における加熱により、透光性接着剤３０自体の粘度が下がることで、上記隙間における流路抵抗が下がり、透明樹脂２０の方から新たに流入してくることでも起こる。このような状態になると、傾斜面１３のＡ部では全反射条件を満たさなくなるため、Ａ部での反射は起こらず、その結果被写体１０からくる光Ｌ１の内、このＡ部に投影される光が欠損する。このため、撮像素子１５上に落ちる被写体１０の指紋像は一部が欠けた像となり、被写体の移動方向を演算することが出来なくなる。
【００７６】
そこで、この課題に対する解決方法として、本実施の形態では、前述してきたように傾斜面１３の一部に反射面４０を設けている。反射面４０を設けることで、図５の点線で囲まれたＢ部のような状態でも、反射面４０は金属反射等の反射現象を用いているため、Ｂ部でも反射が起こり、被写体１０の像は欠損しない。
【００７７】
尚、全反射現象を用いた傾斜面１３と、金属反射等の反射現象を用いた反射面４０とでは、反射率が１０〜１５％変わってくる。但し、発明者らの実験によれば、この程度の反射率差であれば、問題無く被写体の移動情報も正確に演算出来ることが分かった。また、光源１６からの照明を工夫して、反射率の低下を補うように被写体１０を照明すれば上記問題も無くなる。すなわち、光源１６を用いて反射面４０に投影される被写体像を形成する被写体部分を積極的に照明することで、反射率の差を解消することが出来る。例えばその方法として、透明樹脂２０’にレンズやプリズム・回折格子等の構造体を形成したり、透明樹脂２０’の任意の部分を一部カットして斜面を形成したりすることでも実現できる。
【００７８】
また、図５のように、プリズム１２と回路基板２１との隙間に積極的に透光性接着剤３０を充填して、透光性接着層４１と出来るならば、図６に示す課題も解決出来る。すなわち、図６（ａ）に示すように上記隙間に何も充填されていない場合には、被写体１０の押圧Ｃによりカバー部２４が撓み、カバー厚みの薄い部分からクラックが発生する虞がある。一方、図６（ｂ）に示すように上記隙間が透光性接着層４１によって充填されていれば、被写体１０の押圧Ｃに抗することが出来るため、カバー部２４の撓みが少なくなり、カバー部２４に発生するクラックが生じにくくなる。
【００７９】
さらに、プリズム１２と回路基板２１との隙間にのみ遮光性接着剤を充填することで、遮光樹脂１９が形成されている効果と相まって、迷光量を少なくする効果を向上することも出来る。
【００８０】
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。
【００８１】
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を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。
【００８２】
〔第２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１を搭載した電子機器について、図７を用いて説明する。図７は、前記光ポインティング装置１の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７（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７（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。
【００８３】
図７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１を含んでいる。
【００８４】
なお、本実施形態において、光ポインティング装置１は、図７（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１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。
【００８５】
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１からの入力情報を表示するものである。
【００８６】
なお、本実施の形態の携帯電話機６０は、図７（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１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。
【００８７】
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７（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１である。この中で、光ポインティング装置１の厚さが最も厚く、光ポインティング装置１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。
【００８８】
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１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を用いる場合でも、ドローイング特性の劣化が少ない光ポインティング装置１を備えた携帯電話機６０を提供することができる。
【００８９】
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】
【００９０】
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】
【００９１】
１ 光ポインティング装置
１０ 被写体
１１ 接触面
１２ 折り曲げ素子
１３ 傾斜面（第１の面）
１４ 結像素子
１５ 撮像素子
１６ 光源
１７・１８ 反射面
１９ 遮光樹脂
２０ 透明樹脂（第一の構造体）
２０’ 透明樹脂（第二の構造体）
２１ 回路基板
２２ センサ基板
２３ ＦＰＣ
２４ カバー部（導光型光学部材）
２５ フランジ
２６ 基板部
３０ 透光性樹脂
４０ 反射面（第２の面）
４１ 透光性接着層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【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なったが、キーパッドの方向キー等を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】
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、下記のようなポインティング装置が提案されている。このポインティング装置は、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。
【０００５】
例えば、特許文献１および特許文献２に開示された光学式ジョイスティックは、接触面上の被写体の動きを電気信号として出力する光ポインティング装置として用いられる。こ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する。集光された被写体の像は、イメージセンサ等の撮像素子で連続的に撮像され、撮像した画像データにおける直前の撮影画像データに対する変化量を抽出する。こうして抽出された変化量に基づいて被写体の動きが算出される。このような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】
上記特許文献１および特許文献２に開示された光学式ジョイスティックでは、その光学系は、装置の小型化・薄型化を図るため、ＬＥＤ及び反射ミラーを含む光源部と、第１反射面及び第１平凸レンズ部を有する第１導波管と、第２反射面及び第２平凸レンズ部を有する第２導波管と、イメージセンサとを含んでいる。この光学式ジョイスティックでは、第１導波管及び第２導波管が反射面及びレンズ部を含み、光学系は水平方向に折り曲げて配置されるため、装置の垂直方向の長さ（厚み）を小さく（約２ｍｍ以下）することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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２００８−２２６２２４号公報（２００８年９月２５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、上記特許文献１および２における光ポインティング装置では、製造工程において部品の組み立て工程数が多く、検知精度を高く維持することが困難である、という問題があった。
【０００９】
これらの問題を解決しうる薄型の光ポインティング装置を提供するために、本願出願人は、特願２００９−２２７５２６号の出願を行なっている。尚、上記先行出願は本願出願時において未公開である。
【００１０】
上記先行出願では、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薄型の導光板型光学部材を用いた構成の光ポインティング装置が開示されている。具体的には、上記光ポインティング装置は、図８に示すように、基板部１００と導光板型光学部材であるカバー部１１０とを備えている。基板部１００は、主に回路基板１０１、光源１０２、撮像素子１０４を含むセンサ基板１０３、及び透明樹脂１０５Ａ，１０５Ｂからなっている。また、カバー部１１０は、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板型光学部材であり、反射傾斜面１１１、反射光を撮像素子１０４に結像させる結像反射面１１２、及び反射面１１３，１１４を含んでいる。反射面１１２〜１１４は、カバー部１１０の表面に金属反射膜を蒸着させて形成されている。
【００１１】
上記光ポインティング装置では、カバー部１１０の表面に被写体（例えば指）が接触している時、光源１０２から照射される光が被写体によって反射され、その反射光がカバー部１１０内を導光される。導光された光は、最終的に撮像素子１０４によって検知される。
【００１２】
上記導光板型光学部材、すなわちカバー部１１０を用いた光ポインティング装置では、導光型光学部材における光利用効率を高効率化するために、その反射面の一部または全部を全反射面で形成することも多い。上記光ポインティング装置では、反射傾斜面１１１が全反射面とされている。さらに、装置を小型化するために、その全反射面を通して被写体を照明する構成としている。
【００１３】
しかしながら、小型・薄型のポインティング装置では、この全反射面がポインティング装置内部の他の構造体と近接して狭い隙間を形成しやすく、装置の接着組立の際に使用した残余の接着剤がこの隙間に流出し、該全反射面に誤って付着してしまうことがある。
【００１４】
接着剤が付着したその部分では、全反射条件が満たされないため反射が起こらず、そこに投影される被写体からの反射光は撮像素子に投影されない。結果、その部分に本来投影される指紋の動きが消されてしまい、ポインティング装置の性能が低下する。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、簡単な方法でポインティング装置の性能低下を無くし、製造歩留り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】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明は、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た光ポインティング装置であって、上記光源と上記撮像素子とは、基板部に搭載されており、上記導光型光学部材と上記基板部とは、透光性接着層によって接着されており、上記導光型光学部材には、上記光源から照射され、上記被写体から反射された反射光に対して全反射条件を満たし、上記反射光の一部を全反射させる第１の面と、上記第１の面よりも上記透光性接着層に近い位置に形成され、上記第１の面と連続した同一面を形成する第２の面とが形成されており、上記第２の面上には、上記被写体から反射された反射光の残りの一部を反射する反射部材が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、上記被写体から反射された反射光は、上記第１および第２の面によって反射された後、上記導光型光学部材の内部を導光される。一方、上記導光型光学部材と上記基板部とは、透光性接着層によって接着されており、この透光性接着層は、その塗布量が多い場合には、上記反射光を反射すべき面にまで広がる。
【００１８】
この場合、上記反射光を反射すべき面の全体が、全反射による面であれば、この面に透光性接着層が付着するとその部分で全反射条件が満たされなくなり、撮像素子に落ちる被写体像は一部が欠けた像となる。これに対し、上記反射光を反射すべき面の一部を、反射部材を有する第２の面とすることで、透光性接着層が上記第２の面まで広がったとしてもその部分での反射は確保されるため、被写体像の一部が欠けるといった不具合を防止できる。
【００１９】
また、上記光ポインティング装置では、上記光源からの照射光は、上記第１の面を通して被写体を照明する構成とすることができる。
【００２０】
また、上記光ポインティング装置では、上記撮像素子は第一の構造体に収容されており、上記第一の構造体および上記反射部材とが上記透光性接着層によって接着固定されている構成とすることができる。
【００２１】
また、上記光ポインティング装置では、上記光源は第二の構造体に収容されており、上記第一の構造体と上記反射部材と上記第二の構造体とが上記透光性接着層によって接着固定されている構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以上のように、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、上記光源と上記撮像素子とは、基板部に搭載されており、上記導光型光学部材と上記基板部とは、透光性接着層によって接着されており、上記導光型光学部材には、上記光源から照射され、上記被写体から反射された反射光に対して全反射条件を満たし、上記反射光の一部を全反射させる第１の面と、上記第１の面よりも上記透光性接着層に近い位置に形成され、上記第１の面と連続した同一面を形成する第２の面とが形成されており、上記第２の面上には、上記被写体から反射された反射光の残りの一部を反射する反射部材が形成されている構成である。
【００２３】
それゆえ、上記反射光を反射すべき面の一部を、反射部材を有する第２の面とすることで、透光性接着層が上記第２の面まで広がったとしてもその部分での反射は確保されるため、被写体像の一部が欠けるといった不具合を防止できるとの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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断面図である。
【図２】本発明におけるポインティング装置を構成する２つの部品を説明する図であり、（ａ）は基板部を示す斜視図であり、（ｂ）はカバー部を示す斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明におけるポインティング装置の組立手順を説明する図である。
【図４】本発明が解決しようとする課題を説明する図であり、（ａ）は図３（ｃ）の状態における光源から撮像素子近傍の断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）の状態からカバー部をＺ軸負方向に移動している途中における光源から撮像素子近傍の断面図であり、（ｃ）は図４（ｂ）の状態からカバー部をさらに移動させて図３（ｄ）の状態になった時における光源から撮像素子近傍の断面図であり、（ｄ）は本発明における課題となる光源から撮像素子近傍に起こる状態を示す断面図である。
【図５】上記課題の解決手法を説明する図である。
【図６】本発明における他の効果を説明する図であり、（ａ）はプリズムと回路基板との隙間に透光性接着層が無い場合の図であり、（ｂ）はプリズムと回路基板との隙間に透光性接着層が有る場合の図である。
【図７】（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８】本発明で解決しようとする課題が生じうる光ポインティング装置の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態を示す光ポインティング装置について、図１〜図６に基づいて説明する。まず、図１は、本実施の形態にかかる光ポインティング装置１の概略構造を示す断面図である。また、図２（ａ），（ｂ）は、光ポインティング装置１の主要構成部をそれぞれ示す斜視図である。光ポインティング装置１は、主要構成部として、基板部２６と導光型光学部材であるカバー部２４とを備えている。図２（ａ）は基板部２６の斜視図であり、図２（ｂ）はカバー部２４の斜視図である。
【００２７】
基板部２６は、主に回路基板２１、光源１６、撮像素子１５を含むセンサ基板２２、及び透明樹脂（第一の構造体）２０および透明樹脂（第二の構造体）２０’からなっている。
【００２８】
カバー部２４は、接触面１１、傾斜面（第１の面）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・４０を含んでいる。ここで、反射面（第２の面）４０は、傾斜面１３と連続して同一面を形成しているが、傾斜面１３はカバー部２４の表面と空気層との界面を持つ全反射層であるのに対し、反射面４０はカバー部２４の表面に金属膜（反射部材）が蒸着された反射面である。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１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１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１に対して便宜的に小さく記載している。
【００２９】
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軸とし、光ポインティング装置１の幅方向（図１の横方向）をＹ軸とする。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、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。また、光ポインティング装置１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１の奥側から手前側に向く方向をＸ軸の正方向とする。
【００３０】
まず、カバー部２４の構成について説明する。カバー部２４は、光源１６及び撮像素子１５等の光ポインティング装置１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の透明樹脂２０の側面２０Ａおよび透明樹脂２０，２０’の側面２０Ｃに直接密着し、かつ、接着層（透光性樹脂層）３０Ａ・Ｂを介して基板部２６の上表面２０Ｂに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１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。
【００３１】
カバー部２４の底面２４Ｂ・２４Ｂ’は、同一平面を形成している。また、カバー部２４の上表面と、カバー部２４の底面２４Ｂ・２４Ｂ’と、基板部２６中の回路基板２１の底面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における接触面１１並びに回路基板２１の底面及びカバー部２４の底面２４Ｂ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１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２４Ｂに対して垂直になっていても構わない。
【００３２】
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１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、回路基板２１の底面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。
【００３３】
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１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。
【００３４】
上記折り曲げ素子１２は、プリズムになっており、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Ｌ１の一部を傾斜面１３で全反射させ、残りの一部を反射面４０で反射させて、カバー部２４の内部におけるＹ軸の正方向に反射光Ｌ１の経路を変換するものである。傾斜面１３および反射面４０にて反射された、被写体１０から反射された反射光Ｌ１は、後述する反射面１７に向かう。
【００３５】
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の一部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。
【００３６】
また反射面４０は、反射光Ｌの内、傾斜面１３で全反射された以外の光を反射するものである。反射面４０は、傾斜面１３と同一面上、かつＹ軸の負方向側に位置し、カバー部２４の裏面に位置する。反射面４０を形成する理由および効果は後述するが、反射面４０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４０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４０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。また、反射テープを貼り付けても構わない。
【００３７】
結像素子１４は、被写体１０からの反射光Ｌ１を反射して反射光Ｌ２に経路を変換し、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Ｌ１を反射して反射光Ｌ２と成し、かつ撮像素子１５に結像するような機能を持つ。結像素子１４において効率的に反射光Ｌ１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。
【００３８】
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。
【００３９】
反射面１７は、傾斜面１３で全反射された反射光Ｌ１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Ｌ２を撮像素子１５に入射させるためのものである。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。
【００４０】
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１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。
【００４１】
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Ｌ２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。
【００４２】
次に、基板部２６の構成について説明する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。ただし、光源１６から撮像素子１５に対して、カバー部２４を通らず直接伝播される光が存在する。この光は、カバー部２４中を通る反射光Ｌ１およびＬ２として撮像素子１５に入射する光に対して、迷光として作用するため、撮像品質が劣化する。従ってこの迷光は、基板部２６の透明樹脂２０’に隣接して設けられた遮光樹脂１９により遮光を行うことで、撮像品質の劣化を防いでいる。
【００４５】
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。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。
【００４６】
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。センサ基板２２は、撮像素子１５および図示しない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、センサ基板２２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。
【００４７】
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。センサ基板２２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。センサ基板２２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。センサ基板２２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、センサ基板２２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、センサ基板２２は、撮像素子１５にて撮像した画像データを順番に回路基板２１に送信する。
【００４８】
センサ基板２２の処理をまとめると、センサ基板２２は、接触面１１上に被写体１０が無い場合、接触面１１の像を撮像素子１５にて撮像する。次に、接触面１１上に被写体１０が接触すると、センサ基板２２は、接触面１１と接している被写体１０の表面の像を撮像素子１５にて撮像する。例えば、被写体１０が指先の場合、センサ基板２２は、指先の指紋の像を撮像素子１５にて撮像する。ここで、撮像素子１５により撮像された画像データは、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、センサ基板２２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。
【００４９】
光源１６及び撮像素子１５を含むセンサ基板２２は、透光性樹脂である透明樹脂２０・２０’によって周囲が樹脂封止されている。透明樹脂２０・２０’の形状については後述する。透明樹脂２０・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及びセンサ基板２２にそれぞれ密着する凹部が形成されている。透明樹脂２０・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。
【００５０】
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を含むセンサ基板２２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、センサ基板２２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、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。
【００５１】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置１では、基板部２６の透明樹脂２０・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・２０’に当て決めを行うための基準となる当接面２４Ａ・２４Ａ’・２４Ｂ・２４Ｃ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・２４Ａ’・２４Ｂ・２４Ｃ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ものとなっている。
【００５２】
上記構成の光ポインティング装置１において、整理して、光源１６から照射された光が被写体１０を反射して撮像素子１５に入射する経路を図１に基づいて説明する。
【００５３】
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Ｌ１の一部は、折り曲げ素子１２の傾斜面１３で全反射され、反射光Ｌ１の残りの一部は反射面４０で反射されて、進路がＹ軸の正方向に変わる。傾斜面１３および反射面４０で反射された反射光Ｌ１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Ｌ１は、結像素子１４にて折り返し反射されて反射光Ｌ２となり、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。
【００５４】
ここで、反射光Ｌ２はカバー部２４から撮像素子１５に対して斜めから入射するが、この入射の角度はカバー部２４のＺ方向の厚みを薄くすればするほどＺ軸に対して大きくなる。そしてこの角度が、カバー部２４の材質の持つ屈折率から算出される全反射角度よりも大きくなった場合、反射光Ｌ２の一部または全部がカバー部２４の当接面２４Ｂで全反射されて、撮像素子１５に入射されなくなる。この課題を解決するために、光ポインティング装置１では、カバー部２４の当接面２４Ｂと基板部２６の透明樹脂２０の当接面２０Ｂの間の隙間に透光性樹脂３０からなる透光性接着層４１が設けられている。
【００５５】
この透光性接着層４１の屈折率と、カバー部２４および基板部２６の透明樹脂２０の屈折率との差を小さくすることによって、反射光Ｌ２のＺ軸に対する入射角が大きくなっても、全反射条件が満たされなくなるため、反射光Ｌ２は撮像素子１５に入射することが出来る。
【００５６】
例えばカバー部２４の材質をポリカーボネートやアクリルにした場合、その屈折は１．４〜１．６である。また透明樹脂２０・２０’の材質としてエポキシ系樹脂とした場合、その屈折率は１．５〜１．６５である。従って、この透光性接着層４１の材質としては、屈折率が１．４〜１．６辺りの材料が望ましく、例えばアクリル系やシリコーン系（または変性シリコーン系）もしくはエポキシ樹脂等の熱硬化性または常温硬化性の接着剤が挙げられる。
【００５７】
次に図３（ａ）〜（ｄ）を用いて、本発明の光ポインティング装置の組立工程を説明する。
【００５８】
まず、基板部２６に対して、図示しない外部基板との接続を行うためのＦＰＣ（Flexible_Print_Circuit）２３を、無鉛半田リフロー処理等を用いてハンダ付けする。
【００５９】
その後、基板部２６の透明樹脂２０表面およびＦＰＣ２３表面の油や樹脂バリ等汚損物をプラズマ処理により清浄する。この時、透明樹脂２０表面は清浄されるだけでなく数μ以下の粗さに粗化（微小な凹凸が形成）されるため、硬化前の流動性をもつ透光性接着剤３０の濡れ性が向上しかつ接触面積が大きくなるだけでなく、上記微小な凹凸が透光性接着層４１を構成する樹脂に対するアンカーの役割を果たすため、物理的な接着力も向上する。
【００６０】
すなわち、小型化および薄型化を達成し、かつ高い信頼性（耐環境性）および性能を有する光ポインティング装置１を提供することができる。
【００６１】
本実施形態においては、流動性を持つ透光性接着剤３０と、透明樹脂２０との物理的な接着力を向上させるために、Ａｒプラズマ処理によって透明樹脂２０表面に凹凸を形成し、かつ透明樹脂２０表面から離型剤を除去しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、透明樹脂２０表面を大気中におけるコロナ放電、Ｏ２プラズマやＣＨ４プラズマで処理することによって、水酸基、カルボニル基およびカルボキシル基などの官能基を透明樹脂２０表面に付与してもよい。透明樹脂２０表面に水酸基、カルボニル基およびカルボキシル基などの官能基を付与することによって、透明樹脂２０と透光性接着剤３０との化学的な結合力も向上させることができ、硬化後の透光性接着層４１と透明樹脂２０との物理的な接着力および化学的な結合力の向上を同時に行うことによって、基板部２６からカバー部２４が剥離することを抑制することができる。
【００６２】
また、透明樹脂２０やカバー部２４の当接面２４Ｂ上に、シランカップリング剤が付与されていても良い。付与するシランカップリング剤は、化学的な接着力を向上し得るものであればよく、従来公知のシランカップリング剤から、カバー部２４および透明樹脂２０を構成する樹脂の性質に合わせて、エポキシ系やアミノ系その他のシランカップリング剤を適宜選択すればよい。
【００６３】
シランカップリング剤の付与は、以下のように行なえばよい。シランカップリング剤をイソプロピルアルコールなどの有機溶媒によって１％程度に希釈し、希釈したシランカップリング剤にカバー２４部当接面２４Ｂや透明樹脂２０の上面を浸漬（ディップ）する。その後乾燥させることによって、シランカップリング剤を付与することができるが、なおここで説明した方法以外にも、従来公知の方法を用いてシランカップリング剤を付与することができる。
【００６４】
以上、このように処理された部分を接着力向上部とする。
【００６５】
その後、図３（ａ）に示すように、ＦＰＣ２３上の回路基板２１に隣接する外側の領域に、カバー部２４のフランジ２５と接するように黒色接着剤３１を、ディスペンサシリンジ３２を用いて塗布する。この黒色接着剤３１は、光ポインティング装置１の外部から入ってくる迷光およびカバー部２４内を伝播する迷光をも遮光するために黒色を用いることが好ましい。この黒色接着剤３１の材質は、アクリル系やシリコーン系（または変性シリコーン系）もしくはエポキシ樹脂等の熱硬化性または常温硬化性の接着剤が挙げられる。ただし、黒色接着剤３１を熱硬化性とする場合は、ＦＰＣ２３上の隙間３１Ａを設ける。これにより、基板部２６上に、カバー部２４が配置された際、フランジ２５と黒色接着剤３１が密着され、加熱される際に、光ポインティング装置１内部に閉じ込められた空気が加熱により体積膨張して、装置１内部で破裂するのを防ぐことが出来る。
【００６６】
次に、図３（ｂ）に示すように、基板部２６の透明樹脂２０の当接面２０Ｂ上であって、撮像素子１５直上の領域３３以外の場所に、透光性樹脂３０を、ディスペンサシリンジ３２を用いて塗布する。この位置に塗布する理由としては、以下の通りである。
【００６７】
透光性樹脂３０は中にはその製造工程やディスペンサシリンジ３２への詰め替え作業においてとりきれない微小の気泡が存在し、それら気泡が撮像素子１５直上にあれば気泡により撮像素子１５に入射する光が散乱されて、被写体１０の像が撮像素子１５に正確に投影されない。図３（ｂ）において、透光性樹脂３０を領域３３の場所に塗布した場合、カバー部２４を配置する前から、撮像素子１５直上に上記の気泡が存在する確率が高くなるため、領域３３以外の場所に塗布しておいて、図３（ｃ）以降のカバー部２４を配置する工程にて、カバー部当接面２４Ｂと透明樹脂２０の当接面２０Ｂとの隙間を狭くしていく。このように、領域３３以外の場所に塗布された透光性樹脂３０をカバー部２４と基板部２６との間の隙間に押し拡げていく様にすることで、撮像素子１５直上への気泡の存在する確率を低くすることが出来る。
【００６８】
また、透光性樹脂３０として熱硬化性樹脂を選択していた場合、最終的には加熱することになるが、加熱により透光性樹脂３０の粘度が下がり、撮像素子１５直上に存在していなかった気泡が、加熱により大きくなったり繋がったりしながら、撮像素子１５上に移動する現象が発生することもある。この現象については、カバー部当接面２４Ｂと透明樹脂２０の当接面２０Ｂとの隙間を小さくすることで、隙間よりも大きい気泡の撮像素子１５上への移動を妨げることが出来るため、上記隙間を撮像素子１５の最小画素サイズ以下にしておけば、加熱時の気泡の問題は無くなる。
【００６９】
なお、透明樹脂２０’の当接面２０Ｂとカバー部当接面２４Ｂ’も接着するのであれば、この段階で、基板部２６の透明樹脂２０’の当接面２０Ｂ上に透光性樹脂３０を塗布する。
【００７０】
その後、図３（ｃ）に示すように、基板部２６上にカバー部２４を配置する。配置する際の位置決めは、上述したように、基板部２６の透明樹脂２０の当接面２０Ａに対して、カバー部２４の当接面２４Ａ・２４Ａ’が当接するように、また基板部２６の透明樹脂２０の当接面２０Ｃに対して、カバー部２４の当接面２４Ｃが当接するように、さらに基板部２６の透明樹脂２０の当接面２０Ｂに対して、カバー部２４の当接面２４Ｂが、基板部２６の透明樹脂２０’の当接面２０Ｂに対して、カバー部２４の当接面２４Ｂ’が当接するように配置する（配置後は図３（ｄ）のようになる）。
【００７１】
透光性樹脂３０および黒色樹脂３１として熱硬化性の樹脂を選択していた場合は、加熱炉に入れて、適宜加熱を行い本発明の光ポインティング装置１の組立工程が終了する。
【００７２】
次に図４〜図６を用いて、光ポインティング装置１において透光性接着層４１を形成する場合に生じうる課題とその解決方法および効果を説明する。
【００７３】
図４は、組立工程における課題を説明する図である。図４（ａ）は、図３（ｃ）の状態における光源１６から撮像素子１５近傍のＹ軸方向断面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態から、カバー部２４を配置するため矢印により図示するＺ軸負方向に移動している途中における光源１６から撮像素子１５近傍のＹ軸方向断面図である。さらに図４（ｃ）は、図４（ｂ）の状態からカバー部２４をさらに移動させて、図３（ｄ）の状態になった時における光源１６から撮像素子１５近傍のＹ軸方向断面図である。なお、図４（ｄ）は、本発明における課題となる光源１６から撮像素子１５近傍に起こる状態を示すＹ軸方向断面図である。
【００７４】
図４（ａ）の状態から、カバー部２４をＺ軸負方向に移動させた場合、透光性接着剤３０は、カバー部２４の当接面２４Ｂと透明樹脂２０の当接面２０Ｂに挟まれて、図示する透光性接着層４１として隙間に充填される。そして、カバー部２４の移動が終わり、カバー部２４が所定の位置に配置された図４（ｃ）の状態において、透光性接着層４１は、プリズム１２と回路基板２１とで形成される隙間にまで拡がっている。もちろんこの充填状態は、図４（ａ）における塗布された透光性接着剤３０の塗布量により変化する。すなわち透光性接着剤３０の塗布量が少ない場合は、図４（ｃ）のごとき充填状態になり、多い場合には、図４（ｄ）の点線で囲まれたＡ部に示すがごとき状態となる。
【００７５】
また図４（ｄ）のような状態は、透光性接着剤３０として熱硬化型を採用した場合における加熱により、透光性接着剤３０自体の粘度が下がることで、上記隙間における流路抵抗が下がり、透明樹脂２０の方から新たに流入してくることでも起こる。このような状態になると、傾斜面１３のＡ部では全反射条件を満たさなくなるため、Ａ部での反射は起こらず、その結果被写体１０からくる光Ｌ１の内、このＡ部に投影される光が欠損する。このため、撮像素子１５上に落ちる被写体１０の指紋像は一部が欠けた像となり、被写体の移動方向を演算することが出来なくなる。
【００７６】
そこで、この課題に対する解決方法として、本実施の形態では、前述してきたように傾斜面１３の一部に反射面４０を設けている。反射面４０を設けることで、図５の点線で囲まれたＢ部のような状態でも、反射面４０は金属反射等の反射現象を用いているため、Ｂ部でも反射が起こり、被写体１０の像は欠損しない。
【００７７】
尚、全反射現象を用いた傾斜面１３と、金属反射等の反射現象を用いた反射面４０とでは、反射率が１０〜１５％変わってくる。但し、発明者らの実験によれば、この程度の反射率差であれば、問題無く被写体の移動情報も正確に演算出来ることが分かった。また、光源１６からの照明を工夫して、反射率の低下を補うように被写体１０を照明すれば上記問題も無くなる。すなわち、光源１６を用いて反射面４０に投影される被写体像を形成する被写体部分を積極的に照明することで、反射率の差を解消することが出来る。例えばその方法として、透明樹脂２０’にレンズやプリズム・回折格子等の構造体を形成したり、透明樹脂２０’の任意の部分を一部カットして斜面を形成したりすることでも実現できる。
【００７８】
また、図５のように、プリズム１２と回路基板２１との隙間に積極的に透光性接着剤３０を充填して、透光性接着層４１と出来るならば、図６に示す課題も解決出来る。すなわち、図６（ａ）に示すように上記隙間に何も充填されていない場合には、被写体１０の押圧Ｃによりカバー部２４が撓み、カバー厚みの薄い部分からクラックが発生する虞がある。一方、図６（ｂ）に示すように上記隙間が透光性接着層４１によって充填されていれば、被写体１０の押圧Ｃに抗することが出来るため、カバー部２４の撓みが少なくなり、カバー部２４に発生するクラックが生じにくくなる。
【００７９】
さらに、プリズム１２と回路基板２１との隙間にのみ遮光性接着剤を充填することで、遮光樹脂１９が形成されている効果と相まって、迷光量を少なくする効果を向上することも出来る。
【００８０】
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。
【００８１】
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を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。
【００８２】
〔第２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１を搭載した電子機器について、図７を用いて説明する。図７は、前記光ポインティング装置１の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７（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７（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。
【００８３】
図７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１を含んでいる。
【００８４】
なお、本実施形態において、光ポインティング装置１は、図７（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１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。
【００８５】
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１からの入力情報を表示するものである。
【００８６】
なお、本実施の形態の携帯電話機６０は、図７（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１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。
【００８７】
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７（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１である。この中で、光ポインティング装置１の厚さが最も厚く、光ポインティング装置１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。
【００８８】
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１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を用いる場合でも、ドローイング特性の劣化が少ない光ポインティング装置１を備えた携帯電話機６０を提供することができる。
【００８９】
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】
【００９０】
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】
【００９１】
１ 光ポインティング装置
１０ 被写体
１１ 接触面
１２ 折り曲げ素子
１３ 傾斜面（第１の面）
１４ 結像素子
１５ 撮像素子
１６ 光源
１７・１８ 反射面
１９ 遮光樹脂
２０ 透明樹脂（第一の構造体）
２０’ 透明樹脂（第二の構造体）
２１ 回路基板
２２ センサ基板
２３ ＦＰＣ
２４ カバー部（導光型光学部材）
２５ フランジ
２６ 基板部
３０ 透光性樹脂
４０ 反射面（第２の面）
４１ 透光性接着層
【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、
上記光源と上記撮像素子とは、基板部に搭載されており、
上記導光型光学部材と上記基板部とは、透光性接着層によって接着されており、
上記導光型光学部材には、
上記光源から照射され、上記被写体から反射された反射光に対して全反射条件を満たし、上記反射光の一部を全反射させる第１の面と、
上記第１の面よりも上記透光性接着層に近い位置に形成され、上記第１の面と連続した同一面を形成する第２の面とが形成されており、
上記第２の面上には、上記被写体から反射された反射光の残りの一部を反射する反射部材が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】
上記光源からの照射光は、上記第１の面を通して被写体を照明することを特徴とする請求項１に記載の光ポインティング装置。
【請求項３】
上記撮像素子は構造体に収容されており、上記構造体および上記反射部材とが上記透光性接着層によって接着固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ポインティング装置。
【請求項４】
上記光源は撮像素子の収容された構造体とは別の第二の構造体に収容されており、上記構造体と上記反射部材と上記第二の構造体とが上記透光性接着層によって接着固定されていることを特徴とする請求項３に記載の光ポインティング装置。
【請求項５】
上記請求項１から４のいずれか１項に記載の光ポインティング装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【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、
上記光源と上記撮像素子とは、基板部に搭載されており、
上記導光型光学部材と上記基板部とは、透光性接着層によって接着されており、
上記導光型光学部材には、
上記光源から照射され、上記被写体から反射された反射光に対して全反射条件を満たし、上記反射光の一部を全反射させる第１の面と、
上記第１の面よりも上記透光性接着層に近い位置に形成され、上記第１の面と連続した同一面を形成する第２の面とが形成されており、
上記第２の面上には、上記被写体から反射された反射光の残りの一部を反射する反射部材が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】
上記光源からの照射光は、上記第１の面を通して被写体を照明することを特徴とする請求項１に記載の光ポインティング装置。
【請求項３】
上記撮像素子は構造体に収容されており、上記構造体および上記反射部材とが上記透光性接着層によって接着固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ポインティング装置。
【請求項４】
上記光源は撮像素子の収容された構造体とは別の第二の構造体に収容されており、上記構造体と上記反射部材と上記第二の構造体とが上記透光性接着層によって接着固定されていることを特徴とする請求項３に記載の光ポインティング装置。
【請求項５】
上記請求項１から４のいずれか１項に記載の光ポインティング装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２５３４４１（Ｐ２０１１−２５３４４１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８１３１（Ｐ２０１０−１２８１３１）
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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