光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器
【課題】新たな遮蔽壁を設けることなく、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減し得る光ポインティング装置、及びそれを備えた電子機器を提供する。
【解決手段】光ポインティング装置３０は、被写体１０の接触面１１に光を照射する光源１６と、被写体１０からの散乱光を撮像素子１５へ結像させる結像反射鏡１４とを備える。結像反射鏡１４の外周領域であって光源１６からの直接光、被写体１０からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光が撮像素子１５へノイズ光として入射することを抑制する構造体Ｓ１が設けられている。
【解決手段】光ポインティング装置３０は、被写体１０の接触面１１に光を照射する光源１６と、被写体１０からの散乱光を撮像素子１５へ結像させる結像反射鏡１４とを備える。結像反射鏡１４の外周領域であって光源１６からの直接光、被写体１０からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光が撮像素子１５へノイズ光として入射することを抑制する構造体Ｓ１が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器としての携帯電話等の携帯情報端末に搭載可能な光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器に関するものであり、詳細には、迷光による影響の少ない光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants） 等の携帯情報端末に代表される小型の電子機器では、一般的に、情報を入力するユーザーインターフェースとしてキーパッドが採用されている。キーパッドは、通常、数字及び文字を入力するための複数個のボタンと方向ボタン（十字キー）とで構成されている。また、近年では携帯情報端末のディスプレイ部にグラフィック等の表現が可能となることに伴い、ユーザに対する情報の表示方式として、主に、ディスプレイ部を２次元で用いるＧＵＩ（Graphical User Interface）が採用されるようになってきている。
【０００３】
このように、携帯情報端末が高機能化し、コンピュータと同等の表示機能を備えることにより、メニューキー及びその他の機能キーを方向キーとして用いる従来の携帯情報端末の入力手段では、ＧＵＩで表現されたアイコン等の選択には適しておらず、不便であった。そのため、携帯情報端末においても、コンピュータに用いられているボール式マウス若しくは光学式マウス等のマウスやタッチパッド又はタブレットのように、直感的な操作を可能とするポインティング装置が求められるようになってきている。
【０００４】
しかし、携帯情報端末は携帯することを前提とするため、本体と分離した別途のポインティング装置を携帯情報端末のポインティング装置として採用するには支障を来たす。また、例えばトラックボール型（Track Ball-Type） のポインティング装置は、物理的に一定以上の３次元空間を占有するため、薄型かつ小型の携帯情報端末に採用し難いという問題があった。
【０００５】
そこで、携帯情報端末に搭載可能なポインティング装置として、ポインティング装置に接触する被写体としての指の指紋を撮像素子で観察し、接触面における被写体の指紋の移動変化を抽出することによって、被写体の動きを検知する光ポインティング装置が提案されている。すなわち、被写体にて反射された光によって形成された被写体の像をイメージセンサ等の撮像素子にて連続的に撮像し、撮像した画像データにおける直前に撮影した画像データに対する変化量を抽出し、該変化量に基づいて被写体の動きを算出し、電気信号として出力する光ポインティング装置が提案されている。この光ポインティング装置を用いることによって、ディスプレイ上に示されたカーソル等を被写体の動きに合わせて移動させることができる。
【０００６】
この種の光ポインティング装置として、例えば特許文献１には、光源から出射され、被写体にて反射された光を水平方向（装置を水平に載置した場合）に反射する反射鏡と、水平の光線経路上に対向して垂直に設置された集光レンズ及びイメージセンサ（撮像素子）とを備える光学式ジョイスティックが開示されている。これにより、光路を長く取りながら垂直方向の長さが短い光ポインティング装置を実現でき、光ポインティング装置の薄型化を実現するものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１７６２７１号公報（２００９年８月６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、光源から光を出射し、被写体からの反射光を水平方向に折り曲げて撮像素子に結像する光ポインティング装置においては、光源等からの迷光が撮像素子に入射されるのを防止する必要がある。
【０００９】
この点、特許文献１に開示された光学式ジョイスティック１００では、図１３に示すように、プリズム１０１・１０２及び集光レンズ１０３を構成する光学部材１０４において、光源１０５からの光がプリズム１０１、集光レンズ１０３及びプリズム１０２を通過する際に、側方に拡散する迷光をブロック状のホルダ１０７にて遮蔽している。また、上方に拡散する迷光を光学部材１０４の上側に設けたシート状の雑光遮蔽壁１１１にて遮蔽すると共に、下方に拡散する迷光を光学部材１０４の下側に設けたシート状の雑光遮蔽壁１１２にて遮蔽している。
【００１０】
しかしながら、従来の光ポインティング装置において、特許文献１に開示したような遮蔽壁を設けることは、薄型化及びコンパクト化をさらに進める場合には障害となる。その結果、迷光が撮像素子に入射されるのを防止することができないという問題点を有している。
【００１１】
迷光が撮像素子に受光されると、被写体にて反射した光（散乱光）を撮像素子が受光したときに、迷光の影響によって、該光（散乱光）を充分に認識することができず、光ポインティング装置の性能が低下してしまう。それゆえ、迷光が撮像素子に受光されることを防止するための対策が求められている。
【００１２】
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、新たな遮蔽壁を設けることなく、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減し得る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】
【００１３】
本発明の光ポインティング装置は、上記課題を解決するために、被写体の接触面に光を照射する光源と、該被写体からの散乱光を撮像素子へ結像させる結像素子とを備えた光ポインティング装置において、上記結像素子の外周領域であって上記光源からの直接光、被写体からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて上記撮像素子へノイズ光として入射することを抑制する構造体が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
上記の発明によれば、光ポインティング装置は、被写体の接触面に光を照射する光源と、該被写体からの散乱光を撮像素子へ結像させる結像素子とを備えている。したがって、このような光ポインティング装置を採用することによって、光学系の光路長を長く取り、垂直方向の長さを光路長に比較して小さくすることができ、小型化を図ることができる。
【００１５】
しかしながら、このような光ポインティング装置においては、光源からの直接光、被写体からの散乱光又はその他の外乱光が、結像素子を介さずに撮像素子に直接入射する場合があり、このような迷光等は、撮像素子のＳ／Ｎ（Signal/Noise）を低下させる。
【００１６】
これに対して、本発明では、結像素子の外周領域であって上記光源からの直接光、被写体からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて上記撮像素子へノイズ光として入射することを抑制する構造体が設けられている。この構造体は、例えばプリズム等の散乱面からなっている。
【００１７】
このため、構造体によって、迷光等の原因となる被写体で反射されなかった光源からの光等が、特定の方向に反射され、撮像素子へノイズ光として入射することが抑制される。この結果、光源から出射された光が被写体で反射することなく迷光となることを防止することができる。
【００１８】
また、構造体は、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて上記撮像素子へノイズ光として入射することを抑制するので、新たな遮蔽壁ではない。
【００１９】
したがって、新たな遮蔽壁を設けることなく、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減し得る光ポインティング装置を提供することができる。
【００２０】
本発明の光ポインティング装置では、前記接触面、結像素子及び構造体は、被写体からの散乱光を伝搬する導光部材に一体に設けられていることが好ましい。
【００２１】
これにより、構造体が、接触面、結像素子等の光学部材の光学系と共に一体的に形成されているので、光学部材及び構造体を高精度に組み立てることができると共に、部品点数を削減することができる。
【００２２】
また、本発明の光ポインティング装置では、前記構造体は、結像素子の縦方向の両側又は横方向の両側に設けられていることが好ましい。
【００２３】
これにより、結像素子を形成するときに同時に構造体を形成することができるので、構造体の製作効率が向上する。
【００２４】
また、本発明の光ポインティング装置では、導光部材は、カバー部材を兼ねていることが好ましい。
【００２５】
これにより、カバー部材と導光部材とを別々の部材にて取り付ける場合に比べて導光部材を高精度に組み立てることが可能となり、かつ部品点数を削減することができる。
【００２６】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上記記載の光ポインティング装置を備えていることを特徴としている。
【００２７】
上記の発明によれば、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置を備えた電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光ポインティング装置は、以上のように、結像素子の外周領域であって上記光源からの直接光、被写体からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて上記撮像素子へノイズ光として入射することを抑制する構造体が設けられているものである。
【００２９】
また、本発明の電子機器は、以上のように、上記記載の光ポインティング装置を備えているものである。
【００３０】
それゆえ、新たな遮蔽壁を設けることなく、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減し得る光ポインティング装置、及びそれを備えた電子機器を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）は本発明における光ポインティング装置の実施の一形態を示すものであって、光ポインティング装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記光ポインティング装置のカバー部の構成を示す斜視図である。
【図２】上記光ポインティング装置における結像素子の外周辺に構造体が存在しない場合の光源からの光路を示す底面図である。
【図３】上記光ポインティング装置における結像素子の外周辺に構造体が存在する場合の光源からの光路を示す底面図である。
【図４】（ａ）は光ポインティング装置における他の構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図５】（ａ）は光ポインティング装置におけるさらに他の構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】（ａ）は光ポインティング装置におけるさらに他の構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図７】上記光ポインティング装置におけるカバー部の側面側フランジに構造体が存在しない場合の光源からの光路を示す底面図である。
【図８】上記光ポインティング装置におけるカバー部の側面側フランジに構造体が存在する場合の光源からの光路を示す底面図である。
【図９】上記光ポインティング装置におけるカバー部の前後側フランジに構造体が存在する場合の光源からの光路を示す底面図である。
【図１０】本発明における光ポインティング装置の他の実施の一形態を示すものであり、レンズを備えた光ポインティング装置の構成及び光源からの光路を示す断面図である。
【図１１】上記レンズを備えた光ポインティング装置の構成及び光源からの光路を示す平面図である。
【図１２】（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って、光ポインティング装置を搭載する電子機器としての携帯電話機の外観を示す正面図であり、（ｂ）は同背面図であり、（ｃ）は同側面図である。
【図１３】従来の光ポインティング装置の構成を示す組み立て分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
〔実施の形態１〕
本発明における第１の実施の形態について図１〜９に基づいて説明する。図１（ａ）は第１の実施形態における光ポインティング装置３０を示す概略の断面図であり、図１（ｂ）は上記光ポインティング装置のカバー部の構成を示す斜視図である。
【００３４】
本実施の形態の光ポインティング装置３０は、図１（ａ）に示すように、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。基板部２６は、回路基板２１、光源１６、撮像素子１５及び透明樹脂２０からなっている。カバー部２４は、接触面１１、傾斜面１３を形成する光路変換手段及びプリズムとしての折り曲げ素子１２、結像素子としての結像反射鏡１４、及び反射面１７・１８を含んでいる。カバー部２４の接触面１１に接触している被写体１０は、指先等の被写体であり、光ポインティング装置３０が指の指紋の動きを検知する対象物である。尚、ここでは光ポインティング装置３０に対する被写体１０の状態を分かり易くするために、被写体１０を光ポインティング装置３０に対して便宜的に小さく記載している。
【００３５】
ここで、光ポインティング装置３０の厚さ方向（図１（ａ）の縦方向）をＺ軸とし、光ポインティング装置３０の幅方向（図１（ａ）の横方向）をＹ軸とする。光ポインティング装置３０の下部から上部に向かう方向をＺ軸の正方向とし、光源１６から撮像素子１５に向かう方向をＹ軸の正方向とする。また、Ｚ軸の正方向を垂直方向、Ｙ軸の正方向を水平方向とも称する。尚、図示していないが、光ポインティング装置３０の奥行き方向をＸ軸とし、図１に示す光ポインティング装置３０の奥側から手前側に向く方向をＸ軸の正方向とする。
【００３６】
まず、上記基板部２６の構成について説明する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
撮像素子１５は、光源１６が照射した、被写体１０で反射された散乱反射光Ｌを受光し、受光した光に基づいて接触面１１上の像を結像し、画像データに変換するものである。具体的には、撮像素子１５は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ：相補形金属酸化膜半導体）やＣＣＤ（Charge Coupled Device ：電荷結合素子）等のイメージセンサからなっている。撮像素子１５は、図示しないＤＳＰ（Digital Signal Processor：算出部）を含み、受光した照射光ＭをＤＳＰに画像データとして取り込む。撮像素子１５は、回路基板２１の指示にしたがって、接触面１１上の像を一定の間隔で撮影し続ける。
【００４２】
接触面１１上に接している被写体１０が移動した場合、撮像素子１５が撮影する画像は、その直前に撮影した画像とは異なる画像となる。撮像素子１５は、ＤＳＰにおいて、撮影した画像データとその直前の画像データとの同一箇所の値をそれぞれ比較し、被写体１０の移動量及び移動方向を算出する。すなわち、接触面１１上の被写体１０が移動した場合、撮影した画像データは、その直前に撮影した画像データに対して所定量ずれた値を示す画像データである。撮像素子１５は、ＤＳＰにおいて、該所定量に基づいて被写体１０の移動量及び移動方向を算出する。撮像素子１５は、算出した移動量及び移動方向を電気信号として回路基板２１に出力する。尚、ＤＳＰは、撮像素子１５内ではなく、回路基板２１に含まれるものであってもよい。その場合、撮像素子１５は、撮像した画像データを順番に回路基板２１に送信する。
【００４３】
撮像素子１５の処理をまとめると、撮像素子１５は、接触面１１上に被写体１０が無い場合、接触面１１の像を撮像する。次に、接触面１１上に被写体１０が接触すると、撮像素子１５は、接触面１１と接している被写体１０の表面の像を撮像する。例えば、被写体１０が指先の場合、撮像素子１５は、指先の指紋の像を撮像する。ここで、撮像素子１５が撮像した画像データは、接触面１１上に被写体１０が無いときの画像データと異なる画像データとなっているため、撮像素子１５のＤＳＰは、接触面１１上に被写体１０が接触していることを示す信号を回路基板２１に送信する。そして、被写体１０が移動すると、ＤＳＰが直前に撮像した画像データと比較して、被写体１０の移動量及び移動方向を算出し、算出した移動量及び移動方向を示す信号を回路基板２１に送信する。
【００４４】
上記光源１６及び撮像素子１５は、透光性樹脂である透明樹脂２０によって周囲が樹脂封止されている。透明樹脂２０の形状は、略直方体である。透明樹脂２０の底面は、回路基板２１の上表面と密着して接しており、光源１６及び撮像素子１５にそれぞれ密着する凹部が形成されている。透明樹脂２０を構成する透光性樹脂として、例えば、シリコーン樹脂若しくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂又はアクリルやポリカーボネート等の熱可塑性樹脂が用いられる。
【００４５】
このように、回路基板２１上に搭載された光源１６及び撮像素子１５がそれぞれ透明樹脂２０によって樹脂封止されているため、回路基板２１、光源１６、撮像素子１５及び透明樹脂２０が一体となっている基板部２６が形成されている。そのため、光ポインティング装置３０の部品点数を減らすことができ、組み立て工程数も減らすことができる。よって、光ポインティング装置３０の製造コストを削減することができると共に、被写体１０の検知精度の高い光ポインティング装置３０を実現することができる。
【００４６】
次に、カバー部２４の構成について説明する。
【００４７】
カバー部２４は、光源１６及び撮像素子１５等の光ポインティング装置３０を構成する各部・各素子を保護するものである。カバー部２４は、基板部２６の上側に位置し、基板部２６の側面及び上表面に密着して接している。すなわち、カバー部２４の裏面における一部の当接面２４ａ・２４ｂは、基板部２６の側面及び上表面と密着して接している。尚、本実施の形態において、カバー部２４におけるＺ軸の負側の表面であって、基板部２６上に搭載され光ポインティング装置３０として形成されているときの外部に露出していない表面部分を、カバー部２４の裏面と称する。
【００４８】
また、カバー部２４の底面２４ｃは、基板部２６の底面２６ａと同一平面を形成している。さらに、カバー部２４の上表面と、カバー部２４における当接面２４ｂと、基板部２６の底面２６ａ及びカバー部２４の底面２４ｃとは互いに平行となっており、カバー部２４の両側面がカバー部２４の上表面、及びカバー部２４における当接面２４ｂ並びに基板部２６の底面２６ａ及びカバー部２４の底面２４ｃに対してある角度を持つ面で形成されている。つまり、図１に示すように、光ポインティング装置３０の断面図において、カバー部２４は台形状となっている。ただし、カバー部２４は、この形状に限るものではなく前記側面が底面２４ｃに対して垂直になっていても構わない。
【００４９】
カバー部２４における前後及び側面の底部の付近には前後側フランジ２５及び側面側フランジ２７が設けられている。この前後側フランジ２５及び側面側フランジ２７は、本実施の形態の光ポインティング装置３０が電子機器に搭載され、指等の被写体１０によりカバー部２４の接触面１１からＺ軸の負方向側に押された場合に、基板部２６の底面２６ａに設けられる図示しない板バネ状の接点スイッチによるＺ軸の正方向側へ生じる力をある位置で規制して、押ボタンスイッチとして必要な一定のストローク量を確保するために使用される。
【００５０】
カバー部２４における接触面１１は、被写体１０が光ポインティング装置３０と接する面である。接触面１１は、カバー部２４の上表面における光源１６の上方に位置する。
【００５１】
上記折り曲げ素子１２は、プリズムにてなっており、光源１６の上方、かつ接触面１１の下方に位置し、カバー部２４の裏面の基板部２６と接しない部分に位置する、カバー部２４の裏面の凹部を形成している。折り曲げ素子１２には、傾斜面１３が形成されており、該傾斜面１３とカバー部２４の上表面とがなす狭角を傾斜角度θとする。折り曲げ素子１２は、光源１６から照射された照射光Ｍを傾斜面１３で屈折させて、被写体１０に向かうように照射光Ｍの経路を変換するものである。また、折り曲げ素子１２は、被写体１０から反射された散乱反射光Ｌを傾斜面１３で全反射させて、カバー部２４の内部におけるＹ軸の正方向に散乱反射光Ｌの経路を変換するものである。傾斜面１３にて全反射された、被写体１０から反射された散乱反射光Ｌは、後述する反射面１７に向かう。このように、折り曲げ素子１２の傾斜面１３は、照射光Ｍを透過し、散乱反射光Ｌを全反射するものである。そのため、カバー部２４には、光源１６の上方における、カバー部２４と基板部２６との間の空間の屈折率よりも大きい屈折率を有する材質が用いられる。例えば、カバー部２４には屈折率が１．５程度の可視光吸収タイプのポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂を用いると共に、上記空間は空気層とすればよい。つまり、折り曲げ素子１２の傾斜面１３には、散乱反射光Ｌを全反射するために、アルミニウム反射膜等を蒸着していない。
【００５２】
また、カバー部２４の当接面２４ｂ側における前記折り曲げ素子１２の全反射面端部からＹ軸の正方向には、迷光対策用の切り欠き部１９が形成されている。
【００５３】
上記結像反射鏡１４は、被写体１０からの散乱反射光Ｌを反射して、撮像素子１５上に被写体１０の像を結像するものである。結像反射鏡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。結像反射鏡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。結像反射鏡１４は、このトロイダル面で散乱反射光Ｌを撮像素子１５に結像するように反射している。結像反射鏡１４において効率的に散乱反射光Ｌを反射させるために、結像反射鏡１４のトロイダル面には、例えば、アルミニウム、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。
【００５４】
尚、上記の説明では、結像反射鏡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。
【００５５】
上記反射面１７は、傾斜面１３で全反射された散乱反射光Ｌを結像反射鏡１４に入射させ、結像反射鏡１４から反射された散乱反射光Ｌを撮像素子１５に入射させるために、散乱反射光Ｌを反射するものである。反射面１７は、撮像素子１５の上方であって、カバー部２４の上表面に位置する。反射面１７は、カバー部２４の上表面に反射膜を蒸着させて形成される。反射面１７を形成する反射膜は、外部に露出しており使用者によく見えるため、外観上、できるだけ目立たない膜とすることが望ましい。例えば、光源１６が照射する光の波長が可視波長外の赤外波長（例えば、８００ｎｍ以上）の場合、反射面１７を形成する反射膜は、光源１６から照射された８００ｎｍ以上の波長帯の赤外光を反射し、８００ｎｍ以下の可視波長帯の光を透過するものであればよい。このように、光源１６が照射する光の波長と、反射面１７を形成する反射膜の反射率及び透過率の特性を適宜設定することによって、被写体１０からの散乱反射光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。
【００５６】
また、光源１６が照射する光の波長が可視波長外の赤外波長（例えば、８００ｎｍ以上）の場合、カバー部２４の材質は赤外光のみを透過する可視光吸収型のポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂にすればよい。このような材質でカバー部２４を形成することによって、カバー部２４の外部から進入してくる不要光のうち、可視光成分をカバー部２４で遮断することができる。そして、上述のように、赤外光を反射する反射面１７を形成することによって、上記不要光のうち、赤外光成分を反射面１７で遮断することができる。光ポインティング装置３０に入射する不要光を遮断することによって、該不要光による誤動作を防ぐことができる。
【００５７】
さらに、光ポインティング装置３０の表面である、カバー部２４の表面に色目を付ける場合、例えば、カバー部２４の上表面及び反射面１７の上表面に、例えば緑色等の所定の色の波長帯のみを反射し、それ以外の波長を透過する特性を有する材料でコートすればよい。このような特性を有する材料にてカバー部２４の上表面及び反射面１７の上表面をコートすることによって、光ポインティング装置３０の光学特性を損ねることなく、光ポインティング装置３０の表面に所望の色を付けることができる。
【００５８】
反射面１８は、結像反射鏡１４から反射されて反射面１７で反射された散乱反射光Ｌを再度反射面１７に向けて反射するものである。反射面１８は、撮像素子１５の上方、かつ撮像素子１５よりＹ軸の正方向側に位置し、カバー部２４の裏面に位置する。反射面１８は、カバー部２４の裏面に反射膜を蒸着させて形成される。反射面１８を形成する反射膜は、効率的に光を反射するものが好ましい。例えば、反射面１８は、アルミニウム、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。
【００５９】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、基板部２６の透明樹脂２０側面及び上表面を基準として、基板部２６の上方に、カバー部２４を組み立てている。そして、カバー部２４には、基板部２６の透明樹脂２０に当て決めを行うための基準となる当接面２４ａ・２４ｂが、接触面１１、折り曲げ素子１２や結像反射鏡１４並びに前後側フランジ２５及び側面側フランジ２７と一体的に形成されている。そのため、当接面２４ａ・２４ｂと、各接触面１１、折り曲げ素子１２や結像反射鏡１４並びに前後側フランジ２５及び側面側フランジ２７とが、金型公差で高精度に配置されている。したがって、カバー部２４の当接面２４ａ・２４ｂを、基板部２６の透明樹脂２０の側面及び上面にコンタクトさせることによって、カバー部２４との位置関係を高精度に配置することができる。したがって、光ポインティング装置３０を構成する各部・各素子を精度良く配置することができるため、被写体１０の検知精度の高い光ポインティング装置３０を実現することができるものとなっている。
【００６０】
上記構成の光ポインティング装置３０において、光源１６から照射された光が被写体１０によって反射されて撮像素子１５に入射する経路を図１（ａ）に基づいて説明する。
【００６１】
図１（ａ）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散乱反射光Ｌは、折り曲げ素子１２の傾斜面１３で全反射されて、進路がＹ軸の正方向に変わる。傾斜面１３で全反射された散乱反射光Ｌは、反射面１７で反射し、結像反射鏡１４に到達する。そして、散乱反射光Ｌは、結像反射鏡１４にて折り返し反射されて、反射面１７、反射面１８、及び反射面１７にて次々と反射されて最終的に撮像素子１５に入射する。
【００６２】
これにより、散乱反射光Ｌによって撮像素子１５上に撮像された像を回路基板２１にて画像処理された信号成分から、被写体１０が動いた場合におけるその動いた量や方向に関する信号情報が得られる。
【００６３】
ところで、上記構成の光ポインティング装置３０では、カバー部２４において折り曲げ素子１２及び結像反射鏡１４が一体化され、光源１６と撮像素子１５とが近接しているために、被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光が結像反射鏡１４を介さずに撮像素子１５に直接入射する虞がある。
【００６４】
この結果、図２に示すように、例えば、光路Ｍ１を通る光源１６からの直接光の光による同様の像は、被写体１０が動いたとしても、動かない像しか得られないため、信号情報が得られないだけでなく、動く像に対して動かない像が重なり、像の動きを隠してしまうため、正確な信号情報が得られなくなる。ここで、以下の説明においては、信号情報が得られる散乱反射光Ｌの光路を通る光を信号光、信号光以外をノイズ光と称する。また、光ポインティング装置３０内部の光源１６にて発生するノイズ光を迷光、光ポインティング装置外部から入射する光により発生するノイズ光を外乱光と定義する。尚、迷光は、光源１６から被写体１０及び結像反射鏡１４を介さずに直接撮像素子１５に入射する直接光と、光源１６からの光に基づく被写体１０からの散乱光のうち、結像反射鏡１４を介さずに直接撮像素子１５に入射する光とを含む。
【００６５】
すなわち、撮像素子１５のＳ／Ｎ比は、Signal（信号光）／ Noise（ノイズ光）にて表され、Ｓ／Ｎ比を低下させるノイズ光は除去する必要がある。
【００６６】
そこで、本実施の形態では、この問題を解決するために、結像反射鏡１４の外周領域であって光源１６からの直接光、被写体１０からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて撮像素子１５へノイズ光として入射することを抑制する構造体Ｓ１を設けている。
【００６７】
具体的には、例えば、図１（ｂ）に示すように、結像反射鏡１４と同一面であって結像反射鏡１４の横方向の両側に構造体Ｓ１を設けている。図１（ｂ）は、図１（ａ）のカバー部２４をＺ軸方向負から正方向に向かって見たときの斜視図である。
【００６８】
上記構造体Ｓ１を備えた光ポインティング装置３０では、図３に示すように、迷光Ｍ１が迷光Ｍ１’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。また、透過させて屈折させた場合も迷光Ｍ１が迷光Ｍ１’’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。
【００６９】
ここで、上記構造体Ｓ１としては散乱面からなっていることが好ましい。構造体Ｓ１としては散乱面を用いることによって、迷光の原因となる、被写体１０を経由しない光源１６からの光が、散乱面にて散乱する。したがって、光源１６から出射された光が被写体１０で反射することなく迷光となることを、確実に防止することができる。
【００７０】
さらに、具体的には、構造体Ｓ１としてはプリズムからなっていることが好ましい。このプリズムは、入射光を反射させるので、迷光を反射する。したがって、迷光が撮像面に入射することを確実に防止することができる。また、プリズムは、迷光を透過して屈折させるので、迷光が撮像面に入射することを確実に防止することができる。
【００７１】
上記プリズムからなる構造体Ｓ１において、プリズムの頂角を９０°とし、ピッチを４４μｍとし、深さを２３μｍとした場合の撮像面に入射する迷光量を検討した。その結果、撮像面に入射する全光量を１００％としたときに、構造体Ｓ１を設けない場合では迷光量は０．０２２％であったのに対して、構造体Ｓ１を設けた場合には迷光量は０．００２％となり、迷光量が１／１０に低減するという結果を得た。
【００７２】
ここで、プリズムからなる構造体Ｓ１に具体的形状としては、例えば、図４〜図６に示すものが考えられる。
【００７３】
例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すように、プリズム断面形状を直角三角形とした構造体Ｓ１１ とすることが可能である。この構造体構造体Ｓ１１ は、切削加工が容易であり、かつ接触面１１及び結像反射鏡１４がカバー部２４に一体に形成されている光ポインティング装置３０では、結像反射鏡１４と同時に切削加工できるので製作効率が向上するというメリットがある。
【００７４】
また、図５（ａ）（ｂ）に示すように、プリズム断面形状を円断面形状、つまりプリズム形状が凹凸球面を有する構造体Ｓ１２ とすることが可能である。この構造体構造体Ｓ１２ は、構造体Ｓ１１ と比べて散乱効果が期待できるので、迷光が撮像面に入射することを防止でき、さらに迷光の強度を低下させることができる。
【００７５】
さらに、図６（ａ）（ｂ）に示すように、プリズム形状を四角推の凹凸面を有する構造体Ｓ１３ とすることが可能である。この構造体構造体Ｓ１３ においても、切削加工が容易であり、かつ接触面１１及び結像反射鏡１４がカバー部２４に一体に形成されている光ポインティング装置３０では、結像反射鏡１４と同時に切削加工できるので製作効率が向上する。また、片側プリズム形状と比べて両側にプリズム形状が設けられていることにより、迷光を効率的に防止することができるというメリットがある。
【００７６】
一方、結像反射鏡１４の外周領域であって光源１６からの直接光、被写体１０からの散乱光の届く範囲の他の例として、例えば、図７に示すものが考えられる。図７はカバー部２４における前後側フランジ２５及び側面側フランジ２７を経由する迷光Ｍ２及び迷光Ｍ３を示した図である。
【００７７】
本実施の形態では、この迷光Ｍ３に対応するために、図８に示すように、側面側フランジ２７に構造体Ｓ２を設ける。この構造体Ｓ２も、構造体Ｓ１と同様に、プリズムからなる構造体Ｓ２とすることができる。これにより、側面側フランジ２７を経由する迷光Ｍ３について、迷光Ｍ３が迷光Ｍ３’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。また、透過させて屈折させるために構造体Ｓ２を設けた場合も、迷光Ｍ３が迷光Ｍ３’’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。
【００７８】
また、上記迷光Ｍ２に対応するために、図９に示すように、前後側フランジ２５に構造体Ｓ３を設けることが可能である。この構造体Ｓ３も、構造体Ｓ１と同様に、プリズムからなる構造体Ｓ３とすることができる。これにより、前後側フランジ２５を経由する迷光Ｍ２について、迷光Ｍ２が迷光Ｍ２’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。また、透過させて屈折させるために構造体Ｓ３を設けた場合も、迷光Ｍ２が迷光Ｍ２’’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。
【００７９】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置３０は、被写体１０の接触面１１に光を照射する光源１６と、該被写体１０からの散乱光を撮像素子１５へ結像させる結像反射鏡１４とを備えている。したがって、このような光ポインティング装置３０を採用することによって、光学系の光路長を長く取り、垂直方向の長さを光路長に比較して小さくすることができ、小型化を図ることができる。
【００８０】
しかしながら、このような光ポインティング装置３０においては、光源１６からの直接光、被写体１０からの散乱反射光Ｌ又はその他の外乱光が、結像反射鏡１４を介さずに撮像素子１５に直接入射する場合があり、このような迷光等は、撮像素子のＳ／Ｎ（Signal/Noise）を低下させる。
【００８１】
これに対して、本実施の形態では、結像反射鏡１４の外周領域であって光源１６からの直接光、被写体１０からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて撮像素子１５へノイズ光として入射することを抑制する構造体Ｓ１が設けられている。そして、構造体Ｓ１は、例えばプリズム等の散乱面からなっている。
【００８２】
このため、構造体Ｓ１によって、迷光等の原因となる被写体１０で反射されなかった光源１６からの光等が、特定の方向に反射され、撮像素子１５へノイズ光として入射することが抑制される。この結果、光源１６から出射された光が被写体１０で反射することなく迷光となることを防止することができる。
【００８３】
また、構造体Ｓ１は、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて撮像素子１５へノイズ光として入射することを抑制するので、新たな遮蔽壁ではない。
【００８４】
したがって、新たな遮蔽壁を設けることなく、撮像素子１５にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減し得る光ポインティング装置３０を提供することができる。
【００８５】
また、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、接触面１１、結像反射鏡１４及び構造体Ｓ１は、被写体１０からの散乱光を伝搬する導光部材であるカバー部２４に一体に設けられている。
【００８６】
これにより、構造体Ｓ１が、接触面１１、結像反射鏡１４等の光学部材の光学系と共に一体的に形成されているので、光学部材及び構造体Ｓ１を高精度に組み立てることができると共に、部品点数を削減することができる。
【００８７】
また、本実施の形態の被写体１０では、構造体Ｓ１は、結像反射鏡１４の横方向の両側に設けられている。これにより、結像反射鏡１４を形成するときに同時に構造体Ｓ１を形成することができるので、構造体Ｓ１の製作効率が向上する。
【００８８】
また、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、導光部材としてのカバー部２４は、カバー部材を兼ねている。これにより、カバー部材と導光部材とを別々の部材にて取り付ける場合に比べて導光部材を高精度に組み立てることが可能となり、かつ部品点数を削減することができる。
【００８９】
〔実施の形態２〕
本発明の第２の実施形態について、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は、第２の実施形態の光ポインティング装置４０を示す概略の断面図である。図１０に示すように、本実施の形態では、前記実施の形態１における結像素子としての反射鏡からなる結像反射鏡１４に代えて、結像素子としてのレンズ４２を用いている点が異なっている。
【００９０】
本実施の形態の光ポインティング装置４０では、図１０に示すように、指先等の前記被写体１０の像は、折り曲げ素子１２の垂直方向上側の面である接触面１１からの散乱反射光Ｌとして取り込まれる。そして、この散乱反射光Ｌは、折り曲げ素子１２における傾斜面４３を反射し、結像素子としてのレンズ４２により像を結び、傾斜面４４を反射して撮像素子１５により画像データとして取り込まれる。撮像素子１５から得られた画像データは画像処理により接触面１１の変化が抽出され、前記被写体１０の動きの量と方向とを得ることができる。
【００９１】
この場合、接触面１１の変化を撮像素子１５へ伝達する役割を上記散乱反射光Ｌが持つため、この散乱反射光Ｌは信号光である。また、被写体１０を照明するために光源モジュールを構成する光源１６が折り曲げ素子１２の下に配置されている。したがって、本実施の形態では、同図に示すように、散乱反射光Ｌの信号光に対する迷光として迷光Ｍ４が挙げられる。
【００９２】
そこで、本実施の形態では、迷光Ｍ４が撮像素子１５に入射することを防ぐために、レンズ４２と同一面上における縦方向の上下に構造体Ｓ４を設ける。この構造体Ｓ４を設けることにより、図１０に示すように、迷光Ｍ４は、撮像素子１５とは異なる方向に反射されて迷光Ｍ４’と変わるため、撮像素子１５に迷光Ｍ４が入射することはない。また、透過させて屈折させるために、構造体Ｓ４を設けた場合も迷光Ｍ４が迷光Ｍ４’’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。
【００９３】
さらに、本実施の形態では、構造体Ｓ４とレンズ４２とが同一面に存在する。このため、迷光を低減するために例えばよく知られている部材としてアパーチャを使用する場合とを比較すると、アパーチャを使用する場合にはレンズ４２とアパーチャとを別々の部材として組み立てる必要があるのに対して、本実施の形態では構造体Ｓ４はレンズ４２と一体物であることから位置合わせが容易である。このため、アパーチャを使用する場合に比べて高精度に組み立てることができる。
【００９４】
尚、上記の説明では、構造体Ｓ４をレンズ４２と同一面上における縦方向の上下に設けていたが、必ずしもこれに限らず、例えば、図１１に示すように、レンズ４２と同一面上における横方向の両側に設けた構造体Ｓ５とすることが可能である。
【００９５】
これにより、光源１６からの迷光Ｍ５は迷光Ｍ５’に光路変更されて撮像素子１５に入射することはないため、光ポインティング装置４０の性能の低下を防ぐことができる。また、透過させて屈折させるために構造体Ｓ５を設けた場合も迷光Ｍ５が迷光Ｍ５’’に光路変更されて撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。
【００９６】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置４０では、構造体Ｓ４・Ｓ５は、結像素子としてのレンズ４２における縦方向の両側又は横方向の両側に設けられている。
【００９７】
これにより、結像素子としてのレンズ４２を形成するときに同時に構造体Ｓ４・Ｓ５を形成することができるので、構造体Ｓ４・Ｓ５の製作効率が向上する。
【００９８】
〔実施の形態３〕
最後に、本実施の形態の光ポインティング装置３０・４０を搭載した電子機器について、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、前記光ポインティング装置３０・４０のいずれか搭載した電子機器としての携帯電話機６０の外観を示す図である。図１２（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１２（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。
【００９９】
図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、携帯電話機６０は、モニター側筐体６１及び操作側筐体６２を備えている。モニター側筐体６１は、モニター部６５及びスピーカー部６６を含み、操作側筐体６２は、マイク部６３、テンキー６４及び例えば光ポインティング装置３０を含んでいる。携帯電話機６０に搭載される光ポインティング装置３０は、必ずしもこれに限らず、光ポインティング装置４０においても適用可能である。
【０１００】
なお、本実施形態において、光ポインティング装置３０は、図１２（ａ）に示すように、テンキー６４の上部に配置されているが、光ポインティング装置３０の配置方法及びその向きについては、これに限定されるわけではない。
【０１０１】
スピーカー部６６は、音声情報を外部に出力するものであり、マイク部６３は音声情報を携帯電話機６０に入力するものである。モニター部６５は、映像情報を出力するものであり、本実施形態においては、光ポインティング装置３０からの入力情報を表示するものである。
【０１０２】
尚、本実施の形態の携帯電話機６０は、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、上部の筐体（モニター側筐体６１）と下部の筐体（操作側筐体６２）とがヒンジを介して接続されている、いわゆる折りたたみ式の携帯電話機６０を例として挙げている。携帯電話機６０として、折りたたみ式が主流であるため、本実施の形態では折りたたみ式の携帯電話機を一例として挙げているのであって、光ポインティング装置３０を搭載することができる携帯電話機６０は、折りたたみ式に限るものではない。
【０１０３】
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さが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１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す操作側筐体６２において、図示されない内部の回路基板等を除いて、その厚みを決定する部品は、マイク部６３、テンキー６４、光ポインティング装置３０である。この中で、光ポインティング装置３０の厚さが最も厚く、光ポインティング装置３０の薄型化は、携帯電話機６０の薄型化に直接繋がる。したがって、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。
【０１０４】
このように、本実施の形態の電子機器としての携帯電話機６０は、光ポインティング装置３０・４０を備えている。したがって、導光部材、及び結像反射鏡１４又はレンズ４２が一体化されたカバー部２４を用いる場合に、撮像素子１５にて撮像した画像データに対する迷光による影響の少ない光ポインティング装置３０・４０を備えた携帯電話機６０を提供することができる。
【０１０５】
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】
【０１０６】
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】
【０１０７】
１０ 被写体
１１ 接触面
１２ 折り曲げ素子
１３ 傾斜面
１４ 結像反射鏡（結像素子）
１５ 撮像素子
１６ 光源
１７・１８ 反射面
１９ 切り欠き部
２０ 透明樹脂
２１ 回路基板
２４ カバー部
２４ａ Ｙ方向の当接面
２４ｂ Ｚ方向の当接面
２４ｃ 底面
２５ 前後側フランジ
２６ 基板部
２６ａ 底面
２７ 側面側フランジ
３０ 光ポインティング装置
４０ 光ポインティング装置
４２ レンズ（結像素子）
４３ 傾斜面
４４ 傾斜面
６０ 携帯電話機
Ｌ 散乱反射光
Ｍ 光源からの照射光
Ｍ１〜Ｍ５ 光源からの迷光
Ｓ１〜Ｓ５ 構造体
Ｓ１１ 〜Ｓ１３ 構造体
θ 傾斜角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器としての携帯電話等の携帯情報端末に搭載可能な光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器に関するものであり、詳細には、迷光による影響の少ない光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants） 等の携帯情報端末に代表される小型の電子機器では、一般的に、情報を入力するユーザーインターフェースとしてキーパッドが採用されている。キーパッドは、通常、数字及び文字を入力するための複数個のボタンと方向ボタン（十字キー）とで構成されている。また、近年では携帯情報端末のディスプレイ部にグラフィック等の表現が可能となることに伴い、ユーザに対する情報の表示方式として、主に、ディスプレイ部を２次元で用いるＧＵＩ（Graphical User Interface）が採用されるようになってきている。
【０００３】
このように、携帯情報端末が高機能化し、コンピュータと同等の表示機能を備えることにより、メニューキー及びその他の機能キーを方向キーとして用いる従来の携帯情報端末の入力手段では、ＧＵＩで表現されたアイコン等の選択には適しておらず、不便であった。そのため、携帯情報端末においても、コンピュータに用いられているボール式マウス若しくは光学式マウス等のマウスやタッチパッド又はタブレットのように、直感的な操作を可能とするポインティング装置が求められるようになってきている。
【０００４】
しかし、携帯情報端末は携帯することを前提とするため、本体と分離した別途のポインティング装置を携帯情報端末のポインティング装置として採用するには支障を来たす。また、例えばトラックボール型（Track Ball-Type） のポインティング装置は、物理的に一定以上の３次元空間を占有するため、薄型かつ小型の携帯情報端末に採用し難いという問題があった。
【０００５】
そこで、携帯情報端末に搭載可能なポインティング装置として、ポインティング装置に接触する被写体としての指の指紋を撮像素子で観察し、接触面における被写体の指紋の移動変化を抽出することによって、被写体の動きを検知する光ポインティング装置が提案されている。すなわち、被写体にて反射された光によって形成された被写体の像をイメージセンサ等の撮像素子にて連続的に撮像し、撮像した画像データにおける直前に撮影した画像データに対する変化量を抽出し、該変化量に基づいて被写体の動きを算出し、電気信号として出力する光ポインティング装置が提案されている。この光ポインティング装置を用いることによって、ディスプレイ上に示されたカーソル等を被写体の動きに合わせて移動させることができる。
【０００６】
この種の光ポインティング装置として、例えば特許文献１には、光源から出射され、被写体にて反射された光を水平方向（装置を水平に載置した場合）に反射する反射鏡と、水平の光線経路上に対向して垂直に設置された集光レンズ及びイメージセンサ（撮像素子）とを備える光学式ジョイスティックが開示されている。これにより、光路を長く取りながら垂直方向の長さが短い光ポインティング装置を実現でき、光ポインティング装置の薄型化を実現するものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１７６２７１号公報（２００９年８月６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、光源から光を出射し、被写体からの反射光を水平方向に折り曲げて撮像素子に結像する光ポインティング装置においては、光源等からの迷光が撮像素子に入射されるのを防止する必要がある。
【０００９】
この点、特許文献１に開示された光学式ジョイスティック１００では、図１３に示すように、プリズム１０１・１０２及び集光レンズ１０３を構成する光学部材１０４において、光源１０５からの光がプリズム１０１、集光レンズ１０３及びプリズム１０２を通過する際に、側方に拡散する迷光をブロック状のホルダ１０７にて遮蔽している。また、上方に拡散する迷光を光学部材１０４の上側に設けたシート状の雑光遮蔽壁１１１にて遮蔽すると共に、下方に拡散する迷光を光学部材１０４の下側に設けたシート状の雑光遮蔽壁１１２にて遮蔽している。
【００１０】
しかしながら、従来の光ポインティング装置において、特許文献１に開示したような遮蔽壁を設けることは、薄型化及びコンパクト化をさらに進める場合には障害となる。その結果、迷光が撮像素子に入射されるのを防止することができないという問題点を有している。
【００１１】
迷光が撮像素子に受光されると、被写体にて反射した光（散乱光）を撮像素子が受光したときに、迷光の影響によって、該光（散乱光）を充分に認識することができず、光ポインティング装置の性能が低下してしまう。それゆえ、迷光が撮像素子に受光されることを防止するための対策が求められている。
【００１２】
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、新たな遮蔽壁を設けることなく、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減し得る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】
【００１３】
本発明の光ポインティング装置は、上記課題を解決するために、被写体の接触面に光を照射する光源と、該被写体からの散乱光を撮像素子へ結像させる結像素子とを備えた光ポインティング装置において、上記結像素子の外周領域であって上記光源からの直接光、被写体からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて上記撮像素子へノイズ光として入射することを抑制する構造体が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
上記の発明によれば、光ポインティング装置は、被写体の接触面に光を照射する光源と、該被写体からの散乱光を撮像素子へ結像させる結像素子とを備えている。したがって、このような光ポインティング装置を採用することによって、光学系の光路長を長く取り、垂直方向の長さを光路長に比較して小さくすることができ、小型化を図ることができる。
【００１５】
しかしながら、このような光ポインティング装置においては、光源からの直接光、被写体からの散乱光又はその他の外乱光が、結像素子を介さずに撮像素子に直接入射する場合があり、このような迷光等は、撮像素子のＳ／Ｎ（Signal/Noise）を低下させる。
【００１６】
これに対して、本発明では、結像素子の外周領域であって上記光源からの直接光、被写体からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて上記撮像素子へノイズ光として入射することを抑制する構造体が設けられている。この構造体は、例えばプリズム等の散乱面からなっている。
【００１７】
このため、構造体によって、迷光等の原因となる被写体で反射されなかった光源からの光等が、特定の方向に反射され、撮像素子へノイズ光として入射することが抑制される。この結果、光源から出射された光が被写体で反射することなく迷光となることを防止することができる。
【００１８】
また、構造体は、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて上記撮像素子へノイズ光として入射することを抑制するので、新たな遮蔽壁ではない。
【００１９】
したがって、新たな遮蔽壁を設けることなく、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減し得る光ポインティング装置を提供することができる。
【００２０】
本発明の光ポインティング装置では、前記接触面、結像素子及び構造体は、被写体からの散乱光を伝搬する導光部材に一体に設けられていることが好ましい。
【００２１】
これにより、構造体が、接触面、結像素子等の光学部材の光学系と共に一体的に形成されているので、光学部材及び構造体を高精度に組み立てることができると共に、部品点数を削減することができる。
【００２２】
また、本発明の光ポインティング装置では、前記構造体は、結像素子の縦方向の両側又は横方向の両側に設けられていることが好ましい。
【００２３】
これにより、結像素子を形成するときに同時に構造体を形成することができるので、構造体の製作効率が向上する。
【００２４】
また、本発明の光ポインティング装置では、導光部材は、カバー部材を兼ねていることが好ましい。
【００２５】
これにより、カバー部材と導光部材とを別々の部材にて取り付ける場合に比べて導光部材を高精度に組み立てることが可能となり、かつ部品点数を削減することができる。
【００２６】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上記記載の光ポインティング装置を備えていることを特徴としている。
【００２７】
上記の発明によれば、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置を備えた電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光ポインティング装置は、以上のように、結像素子の外周領域であって上記光源からの直接光、被写体からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて上記撮像素子へノイズ光として入射することを抑制する構造体が設けられているものである。
【００２９】
また、本発明の電子機器は、以上のように、上記記載の光ポインティング装置を備えているものである。
【００３０】
それゆえ、新たな遮蔽壁を設けることなく、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減し得る光ポインティング装置、及びそれを備えた電子機器を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）は本発明における光ポインティング装置の実施の一形態を示すものであって、光ポインティング装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記光ポインティング装置のカバー部の構成を示す斜視図である。
【図２】上記光ポインティング装置における結像素子の外周辺に構造体が存在しない場合の光源からの光路を示す底面図である。
【図３】上記光ポインティング装置における結像素子の外周辺に構造体が存在する場合の光源からの光路を示す底面図である。
【図４】（ａ）は光ポインティング装置における他の構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図５】（ａ）は光ポインティング装置におけるさらに他の構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】（ａ）は光ポインティング装置におけるさらに他の構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図７】上記光ポインティング装置におけるカバー部の側面側フランジに構造体が存在しない場合の光源からの光路を示す底面図である。
【図８】上記光ポインティング装置におけるカバー部の側面側フランジに構造体が存在する場合の光源からの光路を示す底面図である。
【図９】上記光ポインティング装置におけるカバー部の前後側フランジに構造体が存在する場合の光源からの光路を示す底面図である。
【図１０】本発明における光ポインティング装置の他の実施の一形態を示すものであり、レンズを備えた光ポインティング装置の構成及び光源からの光路を示す断面図である。
【図１１】上記レンズを備えた光ポインティング装置の構成及び光源からの光路を示す平面図である。
【図１２】（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って、光ポインティング装置を搭載する電子機器としての携帯電話機の外観を示す正面図であり、（ｂ）は同背面図であり、（ｃ）は同側面図である。
【図１３】従来の光ポインティング装置の構成を示す組み立て分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
〔実施の形態１〕
本発明における第１の実施の形態について図１〜９に基づいて説明する。図１（ａ）は第１の実施形態における光ポインティング装置３０を示す概略の断面図であり、図１（ｂ）は上記光ポインティング装置のカバー部の構成を示す斜視図である。
【００３４】
本実施の形態の光ポインティング装置３０は、図１（ａ）に示すように、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。基板部２６は、回路基板２１、光源１６、撮像素子１５及び透明樹脂２０からなっている。カバー部２４は、接触面１１、傾斜面１３を形成する光路変換手段及びプリズムとしての折り曲げ素子１２、結像素子としての結像反射鏡１４、及び反射面１７・１８を含んでいる。カバー部２４の接触面１１に接触している被写体１０は、指先等の被写体であり、光ポインティング装置３０が指の指紋の動きを検知する対象物である。尚、ここでは光ポインティング装置３０に対する被写体１０の状態を分かり易くするために、被写体１０を光ポインティング装置３０に対して便宜的に小さく記載している。
【００３５】
ここで、光ポインティング装置３０の厚さ方向（図１（ａ）の縦方向）をＺ軸とし、光ポインティング装置３０の幅方向（図１（ａ）の横方向）をＹ軸とする。光ポインティング装置３０の下部から上部に向かう方向をＺ軸の正方向とし、光源１６から撮像素子１５に向かう方向をＹ軸の正方向とする。また、Ｚ軸の正方向を垂直方向、Ｙ軸の正方向を水平方向とも称する。尚、図示していないが、光ポインティング装置３０の奥行き方向をＸ軸とし、図１に示す光ポインティング装置３０の奥側から手前側に向く方向をＸ軸の正方向とする。
【００３６】
まず、上記基板部２６の構成について説明する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
撮像素子１５は、光源１６が照射した、被写体１０で反射された散乱反射光Ｌを受光し、受光した光に基づいて接触面１１上の像を結像し、画像データに変換するものである。具体的には、撮像素子１５は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ：相補形金属酸化膜半導体）やＣＣＤ（Charge Coupled Device ：電荷結合素子）等のイメージセンサからなっている。撮像素子１５は、図示しないＤＳＰ（Digital Signal Processor：算出部）を含み、受光した照射光ＭをＤＳＰに画像データとして取り込む。撮像素子１５は、回路基板２１の指示にしたがって、接触面１１上の像を一定の間隔で撮影し続ける。
【００４２】
接触面１１上に接している被写体１０が移動した場合、撮像素子１５が撮影する画像は、その直前に撮影した画像とは異なる画像となる。撮像素子１５は、ＤＳＰにおいて、撮影した画像データとその直前の画像データとの同一箇所の値をそれぞれ比較し、被写体１０の移動量及び移動方向を算出する。すなわち、接触面１１上の被写体１０が移動した場合、撮影した画像データは、その直前に撮影した画像データに対して所定量ずれた値を示す画像データである。撮像素子１５は、ＤＳＰにおいて、該所定量に基づいて被写体１０の移動量及び移動方向を算出する。撮像素子１５は、算出した移動量及び移動方向を電気信号として回路基板２１に出力する。尚、ＤＳＰは、撮像素子１５内ではなく、回路基板２１に含まれるものであってもよい。その場合、撮像素子１５は、撮像した画像データを順番に回路基板２１に送信する。
【００４３】
撮像素子１５の処理をまとめると、撮像素子１５は、接触面１１上に被写体１０が無い場合、接触面１１の像を撮像する。次に、接触面１１上に被写体１０が接触すると、撮像素子１５は、接触面１１と接している被写体１０の表面の像を撮像する。例えば、被写体１０が指先の場合、撮像素子１５は、指先の指紋の像を撮像する。ここで、撮像素子１５が撮像した画像データは、接触面１１上に被写体１０が無いときの画像データと異なる画像データとなっているため、撮像素子１５のＤＳＰは、接触面１１上に被写体１０が接触していることを示す信号を回路基板２１に送信する。そして、被写体１０が移動すると、ＤＳＰが直前に撮像した画像データと比較して、被写体１０の移動量及び移動方向を算出し、算出した移動量及び移動方向を示す信号を回路基板２１に送信する。
【００４４】
上記光源１６及び撮像素子１５は、透光性樹脂である透明樹脂２０によって周囲が樹脂封止されている。透明樹脂２０の形状は、略直方体である。透明樹脂２０の底面は、回路基板２１の上表面と密着して接しており、光源１６及び撮像素子１５にそれぞれ密着する凹部が形成されている。透明樹脂２０を構成する透光性樹脂として、例えば、シリコーン樹脂若しくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂又はアクリルやポリカーボネート等の熱可塑性樹脂が用いられる。
【００４５】
このように、回路基板２１上に搭載された光源１６及び撮像素子１５がそれぞれ透明樹脂２０によって樹脂封止されているため、回路基板２１、光源１６、撮像素子１５及び透明樹脂２０が一体となっている基板部２６が形成されている。そのため、光ポインティング装置３０の部品点数を減らすことができ、組み立て工程数も減らすことができる。よって、光ポインティング装置３０の製造コストを削減することができると共に、被写体１０の検知精度の高い光ポインティング装置３０を実現することができる。
【００４６】
次に、カバー部２４の構成について説明する。
【００４７】
カバー部２４は、光源１６及び撮像素子１５等の光ポインティング装置３０を構成する各部・各素子を保護するものである。カバー部２４は、基板部２６の上側に位置し、基板部２６の側面及び上表面に密着して接している。すなわち、カバー部２４の裏面における一部の当接面２４ａ・２４ｂは、基板部２６の側面及び上表面と密着して接している。尚、本実施の形態において、カバー部２４におけるＺ軸の負側の表面であって、基板部２６上に搭載され光ポインティング装置３０として形成されているときの外部に露出していない表面部分を、カバー部２４の裏面と称する。
【００４８】
また、カバー部２４の底面２４ｃは、基板部２６の底面２６ａと同一平面を形成している。さらに、カバー部２４の上表面と、カバー部２４における当接面２４ｂと、基板部２６の底面２６ａ及びカバー部２４の底面２４ｃとは互いに平行となっており、カバー部２４の両側面がカバー部２４の上表面、及びカバー部２４における当接面２４ｂ並びに基板部２６の底面２６ａ及びカバー部２４の底面２４ｃに対してある角度を持つ面で形成されている。つまり、図１に示すように、光ポインティング装置３０の断面図において、カバー部２４は台形状となっている。ただし、カバー部２４は、この形状に限るものではなく前記側面が底面２４ｃに対して垂直になっていても構わない。
【００４９】
カバー部２４における前後及び側面の底部の付近には前後側フランジ２５及び側面側フランジ２７が設けられている。この前後側フランジ２５及び側面側フランジ２７は、本実施の形態の光ポインティング装置３０が電子機器に搭載され、指等の被写体１０によりカバー部２４の接触面１１からＺ軸の負方向側に押された場合に、基板部２６の底面２６ａに設けられる図示しない板バネ状の接点スイッチによるＺ軸の正方向側へ生じる力をある位置で規制して、押ボタンスイッチとして必要な一定のストローク量を確保するために使用される。
【００５０】
カバー部２４における接触面１１は、被写体１０が光ポインティング装置３０と接する面である。接触面１１は、カバー部２４の上表面における光源１６の上方に位置する。
【００５１】
上記折り曲げ素子１２は、プリズムにてなっており、光源１６の上方、かつ接触面１１の下方に位置し、カバー部２４の裏面の基板部２６と接しない部分に位置する、カバー部２４の裏面の凹部を形成している。折り曲げ素子１２には、傾斜面１３が形成されており、該傾斜面１３とカバー部２４の上表面とがなす狭角を傾斜角度θとする。折り曲げ素子１２は、光源１６から照射された照射光Ｍを傾斜面１３で屈折させて、被写体１０に向かうように照射光Ｍの経路を変換するものである。また、折り曲げ素子１２は、被写体１０から反射された散乱反射光Ｌを傾斜面１３で全反射させて、カバー部２４の内部におけるＹ軸の正方向に散乱反射光Ｌの経路を変換するものである。傾斜面１３にて全反射された、被写体１０から反射された散乱反射光Ｌは、後述する反射面１７に向かう。このように、折り曲げ素子１２の傾斜面１３は、照射光Ｍを透過し、散乱反射光Ｌを全反射するものである。そのため、カバー部２４には、光源１６の上方における、カバー部２４と基板部２６との間の空間の屈折率よりも大きい屈折率を有する材質が用いられる。例えば、カバー部２４には屈折率が１．５程度の可視光吸収タイプのポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂を用いると共に、上記空間は空気層とすればよい。つまり、折り曲げ素子１２の傾斜面１３には、散乱反射光Ｌを全反射するために、アルミニウム反射膜等を蒸着していない。
【００５２】
また、カバー部２４の当接面２４ｂ側における前記折り曲げ素子１２の全反射面端部からＹ軸の正方向には、迷光対策用の切り欠き部１９が形成されている。
【００５３】
上記結像反射鏡１４は、被写体１０からの散乱反射光Ｌを反射して、撮像素子１５上に被写体１０の像を結像するものである。結像反射鏡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。結像反射鏡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。結像反射鏡１４は、このトロイダル面で散乱反射光Ｌを撮像素子１５に結像するように反射している。結像反射鏡１４において効率的に散乱反射光Ｌを反射させるために、結像反射鏡１４のトロイダル面には、例えば、アルミニウム、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。
【００５４】
尚、上記の説明では、結像反射鏡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。
【００５５】
上記反射面１７は、傾斜面１３で全反射された散乱反射光Ｌを結像反射鏡１４に入射させ、結像反射鏡１４から反射された散乱反射光Ｌを撮像素子１５に入射させるために、散乱反射光Ｌを反射するものである。反射面１７は、撮像素子１５の上方であって、カバー部２４の上表面に位置する。反射面１７は、カバー部２４の上表面に反射膜を蒸着させて形成される。反射面１７を形成する反射膜は、外部に露出しており使用者によく見えるため、外観上、できるだけ目立たない膜とすることが望ましい。例えば、光源１６が照射する光の波長が可視波長外の赤外波長（例えば、８００ｎｍ以上）の場合、反射面１７を形成する反射膜は、光源１６から照射された８００ｎｍ以上の波長帯の赤外光を反射し、８００ｎｍ以下の可視波長帯の光を透過するものであればよい。このように、光源１６が照射する光の波長と、反射面１７を形成する反射膜の反射率及び透過率の特性を適宜設定することによって、被写体１０からの散乱反射光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。
【００５６】
また、光源１６が照射する光の波長が可視波長外の赤外波長（例えば、８００ｎｍ以上）の場合、カバー部２４の材質は赤外光のみを透過する可視光吸収型のポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂にすればよい。このような材質でカバー部２４を形成することによって、カバー部２４の外部から進入してくる不要光のうち、可視光成分をカバー部２４で遮断することができる。そして、上述のように、赤外光を反射する反射面１７を形成することによって、上記不要光のうち、赤外光成分を反射面１７で遮断することができる。光ポインティング装置３０に入射する不要光を遮断することによって、該不要光による誤動作を防ぐことができる。
【００５７】
さらに、光ポインティング装置３０の表面である、カバー部２４の表面に色目を付ける場合、例えば、カバー部２４の上表面及び反射面１７の上表面に、例えば緑色等の所定の色の波長帯のみを反射し、それ以外の波長を透過する特性を有する材料でコートすればよい。このような特性を有する材料にてカバー部２４の上表面及び反射面１７の上表面をコートすることによって、光ポインティング装置３０の光学特性を損ねることなく、光ポインティング装置３０の表面に所望の色を付けることができる。
【００５８】
反射面１８は、結像反射鏡１４から反射されて反射面１７で反射された散乱反射光Ｌを再度反射面１７に向けて反射するものである。反射面１８は、撮像素子１５の上方、かつ撮像素子１５よりＹ軸の正方向側に位置し、カバー部２４の裏面に位置する。反射面１８は、カバー部２４の裏面に反射膜を蒸着させて形成される。反射面１８を形成する反射膜は、効率的に光を反射するものが好ましい。例えば、反射面１８は、アルミニウム、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。
【００５９】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、基板部２６の透明樹脂２０側面及び上表面を基準として、基板部２６の上方に、カバー部２４を組み立てている。そして、カバー部２４には、基板部２６の透明樹脂２０に当て決めを行うための基準となる当接面２４ａ・２４ｂが、接触面１１、折り曲げ素子１２や結像反射鏡１４並びに前後側フランジ２５及び側面側フランジ２７と一体的に形成されている。そのため、当接面２４ａ・２４ｂと、各接触面１１、折り曲げ素子１２や結像反射鏡１４並びに前後側フランジ２５及び側面側フランジ２７とが、金型公差で高精度に配置されている。したがって、カバー部２４の当接面２４ａ・２４ｂを、基板部２６の透明樹脂２０の側面及び上面にコンタクトさせることによって、カバー部２４との位置関係を高精度に配置することができる。したがって、光ポインティング装置３０を構成する各部・各素子を精度良く配置することができるため、被写体１０の検知精度の高い光ポインティング装置３０を実現することができるものとなっている。
【００６０】
上記構成の光ポインティング装置３０において、光源１６から照射された光が被写体１０によって反射されて撮像素子１５に入射する経路を図１（ａ）に基づいて説明する。
【００６１】
図１（ａ）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散乱反射光Ｌは、折り曲げ素子１２の傾斜面１３で全反射されて、進路がＹ軸の正方向に変わる。傾斜面１３で全反射された散乱反射光Ｌは、反射面１７で反射し、結像反射鏡１４に到達する。そして、散乱反射光Ｌは、結像反射鏡１４にて折り返し反射されて、反射面１７、反射面１８、及び反射面１７にて次々と反射されて最終的に撮像素子１５に入射する。
【００６２】
これにより、散乱反射光Ｌによって撮像素子１５上に撮像された像を回路基板２１にて画像処理された信号成分から、被写体１０が動いた場合におけるその動いた量や方向に関する信号情報が得られる。
【００６３】
ところで、上記構成の光ポインティング装置３０では、カバー部２４において折り曲げ素子１２及び結像反射鏡１４が一体化され、光源１６と撮像素子１５とが近接しているために、被写体１０からの反射光又は光源１６からの直接光が結像反射鏡１４を介さずに撮像素子１５に直接入射する虞がある。
【００６４】
この結果、図２に示すように、例えば、光路Ｍ１を通る光源１６からの直接光の光による同様の像は、被写体１０が動いたとしても、動かない像しか得られないため、信号情報が得られないだけでなく、動く像に対して動かない像が重なり、像の動きを隠してしまうため、正確な信号情報が得られなくなる。ここで、以下の説明においては、信号情報が得られる散乱反射光Ｌの光路を通る光を信号光、信号光以外をノイズ光と称する。また、光ポインティング装置３０内部の光源１６にて発生するノイズ光を迷光、光ポインティング装置外部から入射する光により発生するノイズ光を外乱光と定義する。尚、迷光は、光源１６から被写体１０及び結像反射鏡１４を介さずに直接撮像素子１５に入射する直接光と、光源１６からの光に基づく被写体１０からの散乱光のうち、結像反射鏡１４を介さずに直接撮像素子１５に入射する光とを含む。
【００６５】
すなわち、撮像素子１５のＳ／Ｎ比は、Signal（信号光）／ Noise（ノイズ光）にて表され、Ｓ／Ｎ比を低下させるノイズ光は除去する必要がある。
【００６６】
そこで、本実施の形態では、この問題を解決するために、結像反射鏡１４の外周領域であって光源１６からの直接光、被写体１０からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて撮像素子１５へノイズ光として入射することを抑制する構造体Ｓ１を設けている。
【００６７】
具体的には、例えば、図１（ｂ）に示すように、結像反射鏡１４と同一面であって結像反射鏡１４の横方向の両側に構造体Ｓ１を設けている。図１（ｂ）は、図１（ａ）のカバー部２４をＺ軸方向負から正方向に向かって見たときの斜視図である。
【００６８】
上記構造体Ｓ１を備えた光ポインティング装置３０では、図３に示すように、迷光Ｍ１が迷光Ｍ１’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。また、透過させて屈折させた場合も迷光Ｍ１が迷光Ｍ１’’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。
【００６９】
ここで、上記構造体Ｓ１としては散乱面からなっていることが好ましい。構造体Ｓ１としては散乱面を用いることによって、迷光の原因となる、被写体１０を経由しない光源１６からの光が、散乱面にて散乱する。したがって、光源１６から出射された光が被写体１０で反射することなく迷光となることを、確実に防止することができる。
【００７０】
さらに、具体的には、構造体Ｓ１としてはプリズムからなっていることが好ましい。このプリズムは、入射光を反射させるので、迷光を反射する。したがって、迷光が撮像面に入射することを確実に防止することができる。また、プリズムは、迷光を透過して屈折させるので、迷光が撮像面に入射することを確実に防止することができる。
【００７１】
上記プリズムからなる構造体Ｓ１において、プリズムの頂角を９０°とし、ピッチを４４μｍとし、深さを２３μｍとした場合の撮像面に入射する迷光量を検討した。その結果、撮像面に入射する全光量を１００％としたときに、構造体Ｓ１を設けない場合では迷光量は０．０２２％であったのに対して、構造体Ｓ１を設けた場合には迷光量は０．００２％となり、迷光量が１／１０に低減するという結果を得た。
【００７２】
ここで、プリズムからなる構造体Ｓ１に具体的形状としては、例えば、図４〜図６に示すものが考えられる。
【００７３】
例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すように、プリズム断面形状を直角三角形とした構造体Ｓ１１ とすることが可能である。この構造体構造体Ｓ１１ は、切削加工が容易であり、かつ接触面１１及び結像反射鏡１４がカバー部２４に一体に形成されている光ポインティング装置３０では、結像反射鏡１４と同時に切削加工できるので製作効率が向上するというメリットがある。
【００７４】
また、図５（ａ）（ｂ）に示すように、プリズム断面形状を円断面形状、つまりプリズム形状が凹凸球面を有する構造体Ｓ１２ とすることが可能である。この構造体構造体Ｓ１２ は、構造体Ｓ１１ と比べて散乱効果が期待できるので、迷光が撮像面に入射することを防止でき、さらに迷光の強度を低下させることができる。
【００７５】
さらに、図６（ａ）（ｂ）に示すように、プリズム形状を四角推の凹凸面を有する構造体Ｓ１３ とすることが可能である。この構造体構造体Ｓ１３ においても、切削加工が容易であり、かつ接触面１１及び結像反射鏡１４がカバー部２４に一体に形成されている光ポインティング装置３０では、結像反射鏡１４と同時に切削加工できるので製作効率が向上する。また、片側プリズム形状と比べて両側にプリズム形状が設けられていることにより、迷光を効率的に防止することができるというメリットがある。
【００７６】
一方、結像反射鏡１４の外周領域であって光源１６からの直接光、被写体１０からの散乱光の届く範囲の他の例として、例えば、図７に示すものが考えられる。図７はカバー部２４における前後側フランジ２５及び側面側フランジ２７を経由する迷光Ｍ２及び迷光Ｍ３を示した図である。
【００７７】
本実施の形態では、この迷光Ｍ３に対応するために、図８に示すように、側面側フランジ２７に構造体Ｓ２を設ける。この構造体Ｓ２も、構造体Ｓ１と同様に、プリズムからなる構造体Ｓ２とすることができる。これにより、側面側フランジ２７を経由する迷光Ｍ３について、迷光Ｍ３が迷光Ｍ３’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。また、透過させて屈折させるために構造体Ｓ２を設けた場合も、迷光Ｍ３が迷光Ｍ３’’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。
【００７８】
また、上記迷光Ｍ２に対応するために、図９に示すように、前後側フランジ２５に構造体Ｓ３を設けることが可能である。この構造体Ｓ３も、構造体Ｓ１と同様に、プリズムからなる構造体Ｓ３とすることができる。これにより、前後側フランジ２５を経由する迷光Ｍ２について、迷光Ｍ２が迷光Ｍ２’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。また、透過させて屈折させるために構造体Ｓ３を設けた場合も、迷光Ｍ２が迷光Ｍ２’’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。
【００７９】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置３０は、被写体１０の接触面１１に光を照射する光源１６と、該被写体１０からの散乱光を撮像素子１５へ結像させる結像反射鏡１４とを備えている。したがって、このような光ポインティング装置３０を採用することによって、光学系の光路長を長く取り、垂直方向の長さを光路長に比較して小さくすることができ、小型化を図ることができる。
【００８０】
しかしながら、このような光ポインティング装置３０においては、光源１６からの直接光、被写体１０からの散乱反射光Ｌ又はその他の外乱光が、結像反射鏡１４を介さずに撮像素子１５に直接入射する場合があり、このような迷光等は、撮像素子のＳ／Ｎ（Signal/Noise）を低下させる。
【００８１】
これに対して、本実施の形態では、結像反射鏡１４の外周領域であって光源１６からの直接光、被写体１０からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて撮像素子１５へノイズ光として入射することを抑制する構造体Ｓ１が設けられている。そして、構造体Ｓ１は、例えばプリズム等の散乱面からなっている。
【００８２】
このため、構造体Ｓ１によって、迷光等の原因となる被写体１０で反射されなかった光源１６からの光等が、特定の方向に反射され、撮像素子１５へノイズ光として入射することが抑制される。この結果、光源１６から出射された光が被写体１０で反射することなく迷光となることを防止することができる。
【００８３】
また、構造体Ｓ１は、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて撮像素子１５へノイズ光として入射することを抑制するので、新たな遮蔽壁ではない。
【００８４】
したがって、新たな遮蔽壁を設けることなく、撮像素子１５にて撮像した画像データに対する迷光による影響を低減し得る光ポインティング装置３０を提供することができる。
【００８５】
また、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、接触面１１、結像反射鏡１４及び構造体Ｓ１は、被写体１０からの散乱光を伝搬する導光部材であるカバー部２４に一体に設けられている。
【００８６】
これにより、構造体Ｓ１が、接触面１１、結像反射鏡１４等の光学部材の光学系と共に一体的に形成されているので、光学部材及び構造体Ｓ１を高精度に組み立てることができると共に、部品点数を削減することができる。
【００８７】
また、本実施の形態の被写体１０では、構造体Ｓ１は、結像反射鏡１４の横方向の両側に設けられている。これにより、結像反射鏡１４を形成するときに同時に構造体Ｓ１を形成することができるので、構造体Ｓ１の製作効率が向上する。
【００８８】
また、本実施の形態の光ポインティング装置３０では、導光部材としてのカバー部２４は、カバー部材を兼ねている。これにより、カバー部材と導光部材とを別々の部材にて取り付ける場合に比べて導光部材を高精度に組み立てることが可能となり、かつ部品点数を削減することができる。
【００８９】
〔実施の形態２〕
本発明の第２の実施形態について、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は、第２の実施形態の光ポインティング装置４０を示す概略の断面図である。図１０に示すように、本実施の形態では、前記実施の形態１における結像素子としての反射鏡からなる結像反射鏡１４に代えて、結像素子としてのレンズ４２を用いている点が異なっている。
【００９０】
本実施の形態の光ポインティング装置４０では、図１０に示すように、指先等の前記被写体１０の像は、折り曲げ素子１２の垂直方向上側の面である接触面１１からの散乱反射光Ｌとして取り込まれる。そして、この散乱反射光Ｌは、折り曲げ素子１２における傾斜面４３を反射し、結像素子としてのレンズ４２により像を結び、傾斜面４４を反射して撮像素子１５により画像データとして取り込まれる。撮像素子１５から得られた画像データは画像処理により接触面１１の変化が抽出され、前記被写体１０の動きの量と方向とを得ることができる。
【００９１】
この場合、接触面１１の変化を撮像素子１５へ伝達する役割を上記散乱反射光Ｌが持つため、この散乱反射光Ｌは信号光である。また、被写体１０を照明するために光源モジュールを構成する光源１６が折り曲げ素子１２の下に配置されている。したがって、本実施の形態では、同図に示すように、散乱反射光Ｌの信号光に対する迷光として迷光Ｍ４が挙げられる。
【００９２】
そこで、本実施の形態では、迷光Ｍ４が撮像素子１５に入射することを防ぐために、レンズ４２と同一面上における縦方向の上下に構造体Ｓ４を設ける。この構造体Ｓ４を設けることにより、図１０に示すように、迷光Ｍ４は、撮像素子１５とは異なる方向に反射されて迷光Ｍ４’と変わるため、撮像素子１５に迷光Ｍ４が入射することはない。また、透過させて屈折させるために、構造体Ｓ４を設けた場合も迷光Ｍ４が迷光Ｍ４’’に光路変更され、撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。
【００９３】
さらに、本実施の形態では、構造体Ｓ４とレンズ４２とが同一面に存在する。このため、迷光を低減するために例えばよく知られている部材としてアパーチャを使用する場合とを比較すると、アパーチャを使用する場合にはレンズ４２とアパーチャとを別々の部材として組み立てる必要があるのに対して、本実施の形態では構造体Ｓ４はレンズ４２と一体物であることから位置合わせが容易である。このため、アパーチャを使用する場合に比べて高精度に組み立てることができる。
【００９４】
尚、上記の説明では、構造体Ｓ４をレンズ４２と同一面上における縦方向の上下に設けていたが、必ずしもこれに限らず、例えば、図１１に示すように、レンズ４２と同一面上における横方向の両側に設けた構造体Ｓ５とすることが可能である。
【００９５】
これにより、光源１６からの迷光Ｍ５は迷光Ｍ５’に光路変更されて撮像素子１５に入射することはないため、光ポインティング装置４０の性能の低下を防ぐことができる。また、透過させて屈折させるために構造体Ｓ５を設けた場合も迷光Ｍ５が迷光Ｍ５’’に光路変更されて撮像素子１５とは異なる方向の光線に変わるため迷光とはならない。
【００９６】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置４０では、構造体Ｓ４・Ｓ５は、結像素子としてのレンズ４２における縦方向の両側又は横方向の両側に設けられている。
【００９７】
これにより、結像素子としてのレンズ４２を形成するときに同時に構造体Ｓ４・Ｓ５を形成することができるので、構造体Ｓ４・Ｓ５の製作効率が向上する。
【００９８】
〔実施の形態３〕
最後に、本実施の形態の光ポインティング装置３０・４０を搭載した電子機器について、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、前記光ポインティング装置３０・４０のいずれか搭載した電子機器としての携帯電話機６０の外観を示す図である。図１２（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１２（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。
【００９９】
図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、携帯電話機６０は、モニター側筐体６１及び操作側筐体６２を備えている。モニター側筐体６１は、モニター部６５及びスピーカー部６６を含み、操作側筐体６２は、マイク部６３、テンキー６４及び例えば光ポインティング装置３０を含んでいる。携帯電話機６０に搭載される光ポインティング装置３０は、必ずしもこれに限らず、光ポインティング装置４０においても適用可能である。
【０１００】
なお、本実施形態において、光ポインティング装置３０は、図１２（ａ）に示すように、テンキー６４の上部に配置されているが、光ポインティング装置３０の配置方法及びその向きについては、これに限定されるわけではない。
【０１０１】
スピーカー部６６は、音声情報を外部に出力するものであり、マイク部６３は音声情報を携帯電話機６０に入力するものである。モニター部６５は、映像情報を出力するものであり、本実施形態においては、光ポインティング装置３０からの入力情報を表示するものである。
【０１０２】
尚、本実施の形態の携帯電話機６０は、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、上部の筐体（モニター側筐体６１）と下部の筐体（操作側筐体６２）とがヒンジを介して接続されている、いわゆる折りたたみ式の携帯電話機６０を例として挙げている。携帯電話機６０として、折りたたみ式が主流であるため、本実施の形態では折りたたみ式の携帯電話機を一例として挙げているのであって、光ポインティング装置３０を搭載することができる携帯電話機６０は、折りたたみ式に限るものではない。
【０１０３】
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さが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１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す操作側筐体６２において、図示されない内部の回路基板等を除いて、その厚みを決定する部品は、マイク部６３、テンキー６４、光ポインティング装置３０である。この中で、光ポインティング装置３０の厚さが最も厚く、光ポインティング装置３０の薄型化は、携帯電話機６０の薄型化に直接繋がる。したがって、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。
【０１０４】
このように、本実施の形態の電子機器としての携帯電話機６０は、光ポインティング装置３０・４０を備えている。したがって、導光部材、及び結像反射鏡１４又はレンズ４２が一体化されたカバー部２４を用いる場合に、撮像素子１５にて撮像した画像データに対する迷光による影響の少ない光ポインティング装置３０・４０を備えた携帯電話機６０を提供することができる。
【０１０５】
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】
【０１０６】
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】
【０１０７】
１０ 被写体
１１ 接触面
１２ 折り曲げ素子
１３ 傾斜面
１４ 結像反射鏡（結像素子）
１５ 撮像素子
１６ 光源
１７・１８ 反射面
１９ 切り欠き部
２０ 透明樹脂
２１ 回路基板
２４ カバー部
２４ａ Ｙ方向の当接面
２４ｂ Ｚ方向の当接面
２４ｃ 底面
２５ 前後側フランジ
２６ 基板部
２６ａ 底面
２７ 側面側フランジ
３０ 光ポインティング装置
４０ 光ポインティング装置
４２ レンズ（結像素子）
４３ 傾斜面
４４ 傾斜面
６０ 携帯電話機
Ｌ 散乱反射光
Ｍ 光源からの照射光
Ｍ１〜Ｍ５ 光源からの迷光
Ｓ１〜Ｓ５ 構造体
Ｓ１１ 〜Ｓ１３ 構造体
θ 傾斜角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の接触面に光を照射する光源と、該被写体からの散乱光を撮像素子へ結像させる結像素子とを備えた光ポインティング装置において、
上記結像素子の外周領域であって上記光源からの直接光、被写体からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて上記撮像素子へノイズ光として入射することを抑制する構造体が設けられていることを特徴とする光ポインティング装置。
【請求項２】
前記接触面、結像素子及び構造体は、被写体からの散乱光を伝搬する導光部材に一体に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ポインティング装置。
【請求項３】
前記構造体は、結像素子の縦方向の両側又は横方向の両側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の光ポインティング装置。
【請求項４】
導光部材は、カバー部材を兼ねていることを特徴とする請求項２記載の光ポインティング装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ポインティング装置を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
被写体の接触面に光を照射する光源と、該被写体からの散乱光を撮像素子へ結像させる結像素子とを備えた光ポインティング装置において、
上記結像素子の外周領域であって上記光源からの直接光、被写体からの散乱光又はその他の外乱光の届く範囲には、該外周領域にて反射した光又は該外周領域を透過した光の光路を変更させて上記撮像素子へノイズ光として入射することを抑制する構造体が設けられていることを特徴とする光ポインティング装置。
【請求項２】
前記接触面、結像素子及び構造体は、被写体からの散乱光を伝搬する導光部材に一体に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ポインティング装置。
【請求項３】
前記構造体は、結像素子の縦方向の両側又は横方向の両側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の光ポインティング装置。
【請求項４】
導光部材は、カバー部材を兼ねていることを特徴とする請求項２記載の光ポインティング装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ポインティング装置を備えている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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２４３０９６（Ｐ２０１１−２４３０９６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１６２０７（Ｐ２０１０−１１６２０７）
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【特許番号】特許第４７５８５１１号（Ｐ４７５８５１１）
【特許公報発行日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【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１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【特許番号】特許第４７５８５１１号（Ｐ４７５８５１１）
【特許公報発行日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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