光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器
【課題】組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた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１Ａでは、光学カバー３０には、被写体２が接触する接触面３１と、導光される光を撮像素子１３に導く結像用レンズ３３とが一体に形成されている。光源１２及び撮像素子１３は、光学カバー３０の接触面３１とは反対側に配設されている。遮光カバー２０には、結像用レンズ３３から撮像素子１３への光に対して絞りとして作用するアパーチャー２１と、迷光のうち光源１２から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバー第１突起２０ｅと、迷光のうち光学カバー３０の外部から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバースカート部２２とが形成されている。
【解決手段】光ポインティング装置１Ａでは、光学カバー３０には、被写体２が接触する接触面３１と、導光される光を撮像素子１３に導く結像用レンズ３３とが一体に形成されている。光源１２及び撮像素子１３は、光学カバー３０の接触面３１とは反対側に配設されている。遮光カバー２０には、結像用レンズ３３から撮像素子１３への光に対して絞りとして作用するアパーチャー２１と、迷光のうち光源１２から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバー第１突起２０ｅと、迷光のうち光学カバー３０の外部から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバースカート部２２とが形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器としての携帯電話等の携帯情報端末に搭載可能な光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器に関するものであり、詳細には、迷光による影響の少ない光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯情報端末に代表される小型の電子機器では、一般的に、情報を入力するユーザーインターフェースとしてキーパッドが採用されている。キーパッドは、通常、数字及び文字を入力するための複数個のボタンと方向ボタン（十字キー）とで構成されている。また、近年では、携帯情報端末のディスプレイ部にグラフィック等の表現が可能となることに伴い、ユーザに対する情報の表示方式として、主に、ディスプレイ部を２次元で用いるＧＵＩ（Graphical User Interface）が採用されるようになってきている。
【０００３】
このように、携帯情報端末が高機能化し、コンピュータと同等の表示機能を備えることにより、メニューキー及びその他の機能キーを方向キーとして用いる従来の携帯情報端末の入力手段では、ＧＵＩで表現されたアイコン等の選択には適しておらず、不便であった。そのため、携帯情報端末においても、コンピュータに用いられているボール式マウス若しくは光学式マウス等のマウスやタッチパッド又はタブレットのように、直感的な操作を可能とするポインティング装置が求められるようになってきている。
【０００４】
しかし、携帯情報端末は携帯することを前提とするため、本体と分離した別途のポインティング装置を携帯情報端末のポインティング装置として採用するには支障を来たす。また、例えばトラックボール型（Track Ball-Type）のポインティング装置は、物理的に一定以上の３次元空間を占有するため、薄型かつ小型の携帯情報端末に採用し難いという問題があった。
【０００５】
そこで、携帯情報端末に搭載可能なポインティング装置として、ポインティング装置に接触する被写体としての指の指紋を撮像素子で観察し、接触面における被写体の指紋の移動変化を抽出することによって、被写体の動きを検知する光ポインティング装置が提案されている。例えば特許文献１に開示された光ポインティング装置では、接触面上の被写体をＬＥＤ等の光源によって照射し、被写体から散乱された光を集光レンズにて撮像素子に集光し、被写体の像をイメージセンサ等の撮像素子で連続的に撮像し、撮像した画像データにおける直前に撮影した画像データに対する変化量を抽出し、変化量に基づいて被写体の動きを算出し、被写体の動きを電気信号として出力する。この光ポインティング装置を用いることによって、ディスプレイ上に示されたカーソル等を被写体の動きに合わせて移動させることができる。
【０００６】
上記特許文献１に開示された携帯端末機用の光ポインティング装置１００の光学系は、高精度の組み立てを行うため、図１１に示すように、収容ホールが備えられたホルダー１１０と、ホルダー１１０の収容ホール１１１に設けられた図示しない発光手段と、収容ホール１１１に設けられ、発光手段の光を集光するように一体型からなる一対のプリズム１２１と、一対のプリズム１２１の間に配される集光レンズ１２２で構成された集光部材１２０と、集光部材１２０を通過した光を撮像して変位値で演算する図示しないイメージセンサとを含んでいる。集光部材１２０は、集光レンズ１２２が一対のプリズム１２１内で安定した設置状態を維持できるように集光レンズ１２２と結合され、雑光（迷光）をフィルタリングする雑光遮断ホール（アパーチャー）１２３ａを含んだレンズ固定ホルダー１２３を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】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、上記従来の特許文献１に開示された光ポインティング装置１００では、以下の問題点を有している。
【０００９】
まず、集光レンズ１２２とレンズ固定ホルダー１２３及びプリズム１２１とは別個に設けられており、組み立て性が悪く、精度の向上を図ることが困難であり、かつ高コストになるという問題点を有している。
【００１０】
また、特許文献１に開示された光ポインティング装置１００では、光源とセンサとを１枚の基板にマウントするＬＧＡ構造を採用していないため問題は無いが、組み立て性・耐環境性を向上させるためにＬＧＡ構造を採用する場合には、光源とセンサの間を遮光する必要がある。
【００１１】
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、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた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】
【００１２】
本発明の光ポインティング装置は、上記課題を解決するために、被写体に光を照射する光源と、上記被写体からの反射光を内部で導光させる光学カバーと、上記光学カバーによって導光された光を受光する撮像素子と、上記撮像素子に対して上記被写体からの反射光以外の光である迷光を遮光する遮光カバーとを備えた光ポインティング装置であって、上記光学カバーには、上記被写体が接触する接触面と、導光される光を上記撮像素子に導く結像素子とが一体に形成されており、上記光源及び撮像素子は、上記光学カバーの上記接触面とは反対側に配設されていると共に、上記遮光カバーには、上記結像素子から撮像素子への光に対して絞りとして作用する絞り開口部と、上記迷光のうち光源から撮像素子への入射光を遮光する第１の遮光壁と、上記迷光のうち光学カバーの外部から撮像素子への入射光を遮光する第２の遮光壁とが形成されていることを特徴としている。尚、本発明では、結像素子として例えば結像反射鏡又は結像レンズを用いることが可能である。
【００１３】
上記の発明によれば、光ポインティング装置は、被写体に光を照射する光源と、上記被写体からの反射光を内部で導光させる光学カバーと、上記光学カバーによって導光された光を受光する撮像素子と、上記撮像素子に対して上記被写体からの反射光以外の光である迷光を遮光する遮光カバーとを備えている。
【００１４】
そして、本発明では、光学カバーには、被写体が接触する接触面と、導光される光を撮像素子に導く結像素子とが一体に形成されている。このため、結像素子と光学カバーとが互いに別個ではないので、光学カバー内を導光される光が撮像素子に導かれるように結像素子を光軸調整して配置するという作業が省略できる。この結果、組み立て性の向上を図り、延いては高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００１５】
ここで、本発明では、光源及び撮像素子は、上記光学カバーの接触面とは反対側に配設されている。この結果、光源と撮像素子との間を遮光する必要がある。また、外部から撮像素子に入射する光も遮光する必要がある。
【００１６】
そこで、本発明では、上記遮光カバーには、迷光のうち光源から撮像素子への入射光を遮光する第１の遮光壁と、上記迷光のうち光学カバーの外部から撮像素子への入射光を遮光する第２の遮光壁とが形成されている。このため、第１の遮光壁及び第２の遮光壁によって、撮像素子に対して被写体からの反射光以外の光である迷光を遮光することができる。また、遮光カバーには、結像素子から撮像素子への光に対して絞りとして作用する絞り開口部が形成されているので、光学カバーによって導光された光を結像素子を介して撮像素子に導いて受光することが可能である。
【００１７】
したがって、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた光ポインティング装置を提供することができる。
【００１８】
本発明の光ポインティング装置では、前記光学カバーには、導光される前記被写体からの反射光を前記撮像素子に導く結像素子である結像用レンズと、前記光源からの光を被写体に導く第１照明用レンズとが一体に形成されているとすることができる。
【００１９】
これにより、光学カバーに一体に形成された結像素子としての結像用レンズを用いて、導光される被写体からの反射光を撮像素子に導くことができる。また、本発明では、光学カバーに光源からの光を被写体に導く第１照明用レンズが一体に形成されている。このため、第１照明用レンズにて、光源からの光を被写体に集光して導くことができる。また、結像用レンズ及び第１照明用レンズは、光学カバーに一体に形成されているので、組み立て性に優れ、高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００２０】
本発明の光ポインティング装置では、前記光源及び撮像素子を基板上に搭載して封止樹脂にて封止したパッケージが設けられていると共に、上記パッケージの封止樹脂には、上記光源からの光を被写体に導く第２照明用レンズが一体に形成されているとすることができる。
【００２１】
これにより、パッケージの封止樹脂には、上記光源からの光を被写体に導く第２照明用レンズが一体に形成されているので、第２照明用レンズにて、光源からの光を被写体に集光して導くことができる。また、第２照明用レンズは、パッケージの封止樹脂に一体に形成されているので、組み立て性に優れ、高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００２２】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、前記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。
【００２３】
上記の発明によれば、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優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】
【００２４】
本発明の光ポインティング装置は、以上のように、光学カバーには、被写体が接触する接触面と、導光される光を撮像素子に導く結像素子とが一体に形成されており、光源及び撮像素子は、上記光学カバーの上記接触面とは反対側に配設されていると共に、遮光カバーには、上記結像素子から撮像素子への光に対して絞りとして作用する絞り開口部と、迷光のうち光源から撮像素子への入射光を遮光する第１の遮光壁と、迷光のうち光学カバーの外部から撮像素子への入射光を遮光する第２の遮光壁とが形成されているものである。
【００２５】
本発明の電子機器は、以上のように、前記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。
【００２６】
それゆえ、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた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】
【００２７】
【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図３のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は上記光ポインティング装置の構成を示す図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】（ａ）は上記光ポインティング装置の上側から見た構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記光ポインティング装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】上記光ポインティング装置の構成を示す平面図である。
【図４】上記光ポインティング装置におけるＬＧＡの構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は遮光カバーの上側から見た構成を示す斜視図であり、（ｂ）は遮光カバーの底面側から見た構成を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は光学カバーの上側から見た構成を示す斜視図であり、（ｂ）は光学カバーの底面側から見た構成を示す斜視図である。
【図７】（ａ）はＬＧＡ側に設けられた第２照明用レンズのみを用いて接触面の検出エリアを照明した場合の照射光を示す断面図であり、（ｂ）はそのときの検出エリアの強度分布を示す平面図である。
【図８】（ａ）はＬＧＡ側に設けられた第２照明用レンズに加えて、光学カバーに設けられた第１照明用レンズも使用して検出エリアを照明したときの照射光を示す断面図であり、（ｂ）はそのときの検出エリアの強度分布を示す平面図である。
【図９】本発明における光ポインティング装置の他の実施の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る。
【図１０】（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、携帯電話機の外観を示す正面図であり、（ｂ）は上記携帯電話機の外観を示す背面図であり、（ｃ）は上記携帯電話機の外観を示す側面図である。
【図１１】従来の光ポインティング装置の構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態について、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。
【００２９】
〔実施の形態１〕
本実施の形態の光ポインティング装置の構成について、図１〜図８に基づいて説明する。図１（ａ）は本実施の形態における光ポインティング装置１Ａの構成を示すものであって図３のＡ−Ａ線断面図であり、図１（ｂ）は上記光ポインティング装置１Ａの構成を示すものであって図３のＢ−Ｂ線断面図である。図２（ａ）は上記光ポインティング装置１Ａの構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は上記光ポインティング装置１Ａの構成を示す分解斜視図である。図３は上記光ポインティング装置１Ａの構成を示す平面図である。図４はＬＧＡの上側から見た構成を示す斜視図である。図５（ａ）は遮光カバーの上側から見た構成を示す斜視図であり、図５（ｂ）は遮光カバーの底面側から見た構成を示す斜視図である。図６（ａ）は光学カバーの上側から見た構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は光学カバーの底面側から見た構成を示す斜視図である。
【００３０】
（光ポインティング装置の概略構成）
本実施の形態の光ポインティング装置１Ａは、図２（ａ）（ｂ）及び図３に示すように、下から順に、後述する光源及び撮像素子を基板上にマウントして樹脂封止したＬＧＡ（Land Grid Array）半導体パッケージ１０（以下、「ＬＧＡ１０」という。）と、遮光カバー２０と、光学カバー３０とを備えている。ここで、ＬＧＡ（Land Grid Array）半導体パッケージとは、半導体パッケージにおいて、外部への接続端子として、パッケージ底面に平面電極パッドを格子状に並べたランドと称される実装用端子を備えたものをいう。
【００３１】
上記ＬＧＡ１０は、図４に示すように、基板１１、光源１２、撮像素子１３、封止樹脂１４、及び封止樹脂１４にて形成された第２照明用レンズ１５からなっている。
【００３２】
上記遮光カバー２０は、光源１２からの光を特定方向以外の方向に対して遮光するものであり、図２（ｂ）に示すように、ＬＧＡ１０の上側を覆っている。
【００３３】
上記光学カバー３０は、図２（ｂ）に示すように、遮光カバー２０を覆い、かつ光ポインティング装置１Ａの筐体として機能すると共に、表面に当接された被写体に対して上記光源１２の光を該被写体に導き、被写体からの反射光を表面に被写体を上記撮像素子１３に導く光学部材となっている。このため、光学カバー３０は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、表面に被写体が接触する接触面３１と、裏面において第１照明用レンズ３２及び結像用レンズ３３を含んでいる。
【００３４】
上記遮光カバー２０及び光学カバー３０は、図５（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）（ｂ）に示すように、組み立て性を向上させる観点から、遮光カバー２０の遮光カバー外側斜面壁２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃと、これら遮光カバー外側斜面壁２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃに外嵌する光学カバー３０の光学カバー内側斜面壁３０ａ・３０ｂ・３０ｃとによって、オートアライメントされるように、ＸＹ方向の位置決めが高精度になされている。尚、遮光カバー２０とＬＧＡ１０とは、当て決めを決めてマウントしてもよく、又は後述する結像光が撮像素子１３に対して最大限の受光するように調整してマウントしてもよい。
【００３５】
（光ポインティング装置における各部の構成）
上記の外観を有する光ポインティング装置１Ａにおける各部の構成について、以下に説明する。最初に、ＬＧＡ１０の構成について、図１（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。尚、図１（ａ）に示すように、光ポインティング装置１Ａの奥行き方向（図１（ａ）の左右方向）をＹ軸とし、光源１２から撮像素子１３に向かう方向をＹ軸の正方向とする。また、図１（ｂ）に示すように、光ポインティング装置１Ａの幅方向（図１（ｂ）の左右方向）をＸ軸とし、光ポインティング装置１Ａの左側から右側に向く方向をＸ軸の正方向とする。さらに、図１（ａ）（ｂ）に示すように、光ポインティング装置１Ａの厚み方向（図１（ａ）（ｂ）の縦方向）をＺ軸とし、光ポインティング装置１Ａの下部から上部に向かう方向をＺ軸の正方向とする。ここで、Ｚ軸の正方向を垂直方向と称すると共に、Ｙ軸の正方向を水平方向とも称する。
【００３６】
また、図１（ａ）（ｂ）において、光学カバー３０の接触面３１に接触している被写体２は、指先等の被写体であり、光ポインティング装置１Ａ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１Ａに対する被写体２の状態を分かり易くするために、被写体２を光ポインティング装置１Ａに対して便宜的に小さく記載している。
【００３７】
（ＬＧＡの構成）
まず、上記ＬＧＡ１０は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、１つの基板１１上に光源１２と撮像素子１３とを搭載している。光源１２及び撮像素子１３は、ワイヤボンド又はフリップチップ実装にて基板１１と電気的に接続されている。基板１１には、回路が形成されている。当該回路は、光源１２の発光タイミングを制御したり、撮像素子１３から出力された電気信号を受けて、被写体２の動きを検知したりするものである。基板１１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】
上記光源１２は、光学カバー３０の接触面３１に向けて光を照射するものである。光源１２から照射された照射光は、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４にて形成された第２照明用レンズ１５、及び光学カバー３０に形成された第１照明用レンズ３２を介して、光源１２の拡散光を検出エリア３１ａに均一かつ高強度に集光されて接触面３１に到達する。このように、光源１２からの照射光Ｌ１は、接触面３１に対して斜め方向から、つまり接触面３１に対して或る入射角で入射する。
【００３９】
光学カバー３０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３１に到達した照射光Ｌ１は、接触面３１上に被写体２が無い場合、その一部が接触面３１を透過し、残りの一部が接触面３１にて反射する。このとき、照射光Ｌ１の接触面３１に対する入射角が全反射の条件を満たす場合、照射光Ｌ１は、接触面３１を透過せず、全て接触面３１で反射して光学カバー３０内に向かう。
【００４０】
一方、接触面３１上に被写体２が存在する場合、照射光Ｌ１は、接触面３１と接している被写体２の表面で反射し、光学カバー３０に入射される。光源１２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１３は、光源１２が照射した、被写体２で反射された反射光Ｌ２を受光し、受光した光に基づいて接触面３１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１３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１３は、図示しないＤＳＰ（Digital Signal Processor：算出部）を含み、受光した反射光Ｌ２をＤＳＰに画像データとして取り込む。撮像素子１３は、基板１１の指示にしたがって、接触面３１上の像を一定の間隔で撮影し続ける。
【００４２】
接触面３１上に接している被写体２が移動した場合、撮像素子１３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１３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２の移動量及び移動方向を算出する。すなわち、接触面３１上の被写体２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１３は、ＤＳＰにおいて、該所定量に基づいて被写体２の移動量及び移動方向を算出する。撮像素子１３は、算出した移動量及び移動方向を電気信号として基板１１に出力する。尚、ＤＳＰは、撮像素子１３内ではなく、基板１１に含まれるものであってもよい。その場合、撮像素子１３は、撮像した画像データを順番に基板１１に送信する。
【００４３】
撮像素子１３の処理をまとめると、撮像素子１３は、接触面３１上に被写体２が無い場合、接触面３１の像を撮像する。次に、接触面３１上に被写体２が接触すると、撮像素子１３は、接触面３１と接している被写体２の表面の像を撮像する。例えば、被写体２が指先の場合、撮像素子１３は、指先の指紋の像を撮像する。ここで、撮像素子１３が撮像した画像データは、接触面３１上に被写体２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１３のＤＳＰは、接触面３１上に被写体２が接触していることを示す信号を基板１１に送信する。そして、被写体２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２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基板１１に送信する。
【００４４】
上記光源１２及び撮像素子１３は、透光性樹脂である封止樹脂１４によって周囲が樹脂封止されている。封止樹脂１４の形状は、略直方体である。封止樹脂１４の底面は、基板１１の上表面と密着して接しており、光源１２及び撮像素子１３にそれぞれ密着する凹部が形成されている。封止樹脂１４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、基板１１上に搭載された光源１２及び撮像素子１３がそれぞれ封止樹脂１４によって樹脂封止されているため、基板１１、光源１２、撮像素子１３及び封止樹脂１４が一体となっているＬＧＡ１０が形成されている。そのため、光ポインティング装置１Ａ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。したがって、光ポインティング装置１Ａの製造コストを削減することができると共に、被写体２の検知精度の高い光ポインティング装置１Ａを実現することができる。
【００４６】
（光学カバーの構成）
次に、光ポインティング装置１Ａを構成する光学カバー３０の構成について、図１（ａ）（ｂ）、及び図６に基づいて詳述する。
【００４７】
光学カバー３０は、光源１２及び撮像素子１３等を含む光ポインティング装置１Ａを構成する各部・各素子を保護するものである。
【００４８】
光学カバー３０は、図１（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）（ｂ）に示すように、遮光カバー２０の上側に位置し、図５（ａ）（ｂ）に示す遮光カバー２０の遮光カバー外側斜面壁２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ及び遮光カバー上表面２０Ｄに密着して接している。尚、本実施の形態において、光学カバー３０におけるＺ軸の負側の表面であって、遮光カバー２０上に搭載され光ポインティング装置１Ａ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、光学カバー３０の裏面と称する。
【００４９】
また、光学カバー３０のフランジ底面３０ｆは、ＬＧＡ１０の基板１１の底面と略同一平面を形成している。さらに、光学カバー３０の接触面３１と、基板１１の底面と、光学カバー３０のフランジ底面３０ｆとは互いに平行となっており、光学カバー３０の両側面が光学カバー３０の接触面３１、及び光学カバー３０のフランジ底面３０ｆに対してある角度を持つ面で形成されている。すなわち、図１（ａ）（ｂ）に示すように、光ポインティング装置１Ａの断面図において、光学カバー３０は台形状となっている。ただし、光学カバー３０は、この形状に限るものではなく前記側面がフランジ底面３０ｆに対して垂直になっていても構わない。
【００５０】
光学カバー３０における側面の底部の付近にはフランジ３４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１Ａが電子機器に搭載され、指等の被写体２により光学カバー３０の接触面３１からＺ軸の負方向側に押された場合に、ＬＧＡ１０の基板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。
【００５１】
光学カバー３０における接触面３１の検出エリア３１ａは、被写体２が光ポインティング装置１Ａと接する面である。接触面３１の検出エリア３１ａは、光学カバー３０の上表面における光源１２の上方に位置する。
【００５２】
光学カバー３０の裏面には、結像用レンズ３３及び第１照明用レンズ３２が形成されている。上記結像用レンズ３３は、接触面３１における被写体２の像を撮像素子１３に投影するために、特定の曲率を有するＺ軸対称の光学面が形成されており、その光学面の略有効径外の部分は、上記被写体像を撮像素子１３に対して投影できない面とすることによって、アパーチャーつまり結像用レンズに対して絞りとして作用する効果を持たせたレンズとなっている。
【００５３】
また、第１照明用レンズ３２は、Ｘ軸及びＹ軸に対して曲率が異なるトロイダル面が形成されており、後述する第２照明用レンズ１５と相互作用して、光源１２からの光を、被写体２の検出エリア３１ａに対してなるべく均一にかつ照射エリアを検出エリア外に拡がらせないように照射する作用を有している。
【００５４】
上記の作用を、図７（ａ）（ｂ）及び図８（ａ）（ｂ）に基づいて詳述する。図７（ａ）はＬＧＡ１０側に設けられた第２照明用レンズ１５のみを用いて接触面３１の検出エリア３１ａを照明した場合の照射光Ｌ３を示す断面図であり、図７（ｂ）はそのときの検出エリア３１ａの強度分布を示す平面図である。また、図８（ａ）はＬＧＡ１０側に設けられた第２照明用レンズ１５に加えて、光学カバー３０に設けられた第１照明用レンズ３２も使用して検出エリア３１ａを照明したときの照射光Ｌ１を示す断面図であり、図８（ｂ）はそのときの検出エリア３１ａの強度分布を示す平面図である。
【００５５】
まず、図７（ａ）に示すように、光学カバー３０に第１照明用レンズ３２が設けられていない場合、照射光Ｌ３は検出エリア３１ａ外まで拡がる。その結果、検出エリア３１ａ上の強度分布は、図７（ｂ）に示すように、光の強度が主にＹ軸方向マイナスからＹ軸方向プラスに亘ってグラデェーションしており、光源１２から放射される光の利用効率が劣る。
【００５６】
一方、図８（ａ）に示すように、ＬＧＡ１０側に設けられた第２照明用レンズ１５に加えて、光学カバー３０に設けられた第１照明用レンズ３２も使用して検出エリア３１ａを照明した場合には、照射光Ｌ１は検出エリア３１ａの外まであまり拡がっていない。この結果、検出エリア３１ａ上の強度分布は、図８（ｂ）に示すように、光の強度が同心円状に分布しており、光源１２から放射される光の強度中心が検出エリア３１ａ内に入射している。このため、光の利用効率が高く、より明るく照明できている。したがって、光源１２にＬＥＤを使用している場合、ＬＥＤへの入力電流を低くできることから、本装置を携帯機器に搭載する場合のバッテリーの使用時間を延ばすことができる。また、加えて、照射光Ｌ１は強度中心部分が略平行光化されて斜めから検出エリア３１ａに照射される。このため、検出対象となる指の指紋等の凹凸が照明された場合、凹凸の明暗が鮮明になるので、撮像素子１３での検出感度も向上する。
【００５７】
ところで、光学カバー３０を構成する材料としては、光源１２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、光学カバー３０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又はアクリル樹脂にすればよい。このような材質にて光学カバー３０を形成することによって、光学カバー３０の外部から侵入してくる不要光のうち、可視光成分を光学カバー３０によって遮断することができる。そして、光ポインティング装置１Ａの表面である、光学カバー３０の表面にデザイン上の色目を付ける場合、例えば、光学カバー３０の接触面３１に、例えば緑色等の所定の色における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光学カバー３０の接触面３１をコートすることによって、光ポインティング装置１Ａの光学特性を損ねることなく、光ポインティング装置１Ａの表面に所望の色を付けることができる。
【００５８】
（遮光カバーの構成）
次に、光ポインティング装置１Ａを構成する遮光カバー２０の構成について、図１（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）（ｂ）に基づいて詳述する。
【００５９】
遮光カバー２０は、光源１２からの光を特定方向以外の方向に対して遮光し、かつ上記結像用レンズ３３に対して絞り（アパーチャー）として作用すると共に、撮像素子１３に対して、光ポインティング装置１Ａの外部から入射する太陽光や街灯・室内灯等の迷光成分を遮光するものである。そのために、遮光カバー２０は、黒色の顔料や染料を含んだポリカーボネートや不透明の樹脂といった遮光性能を有する材料で構成されることが望ましい。遮光性能があれば、金属に黒色塗装されていても構わないが、反射光が迷光となって撮像素子１３に到達することを避けるためにも、光を吸収出来る素材であれば最も好ましい。
【００６０】
遮光カバー２０は、図１（ａ）（ｂ）、図４及び図５（ａ）（ｂ）に示すように、ＬＧＡ１０の上側に位置し、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４の樹脂外側面１４Ａ・１４Ｂ・１４Ｃに対してわずかな隙間を残しつつ、かつ樹脂上表面１４Ｅに対しては略密着して接している。遮光カバー２０の遮光カバー上表面２０Ｄと、ＬＧＡ１０の樹脂上表面１４Ｅと略密着するように接する遮光カバー裏底面２０ｄとは略平行となっており、また、遮光カバー２０の遮光カバー外側斜面壁２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃとそれぞれ対面する遮光カバー裏斜面２０ａ・２０ｂ・２０ｃにて形成された第２の遮光壁としての遮光カバースカート部２２をも含めて、光ポインティング装置１Ａの外から入射する迷光、及び光源１２からの光であって、光学カバー３０の接触面３１を含む光学カバー３０の表面で反射した、主に被写体２の像を信号成分として含まない迷光を遮光するために設けられている。尚、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４の樹脂外側面１４Ｄに相当する遮光カバー２０上には、上記遮光カバースカート部２２が形成されていない。しかし、この部分は、被写体２の指の付け根部分がくるように、光ポインティング装置１Ａを使用することによって、指の付け根や人の体が外光（太陽光・街灯光・室内灯光）起因の迷光をカットすること、及び光源１２から光学カバー３０を介してくる迷光の伝搬距離が一番長くなるため、大部分が減衰されて撮像素子１３に入射することから、形成しなくても問題ない。この部分を形成しないことによって、光ポインティング装置１ＡのＸＹ方向の投影面積を小さくすることができる。ただし、光源１２から光学カバー３０を介してくる迷光は、ゼロではなくまた光源１２で発する光の強度によっては、影響が無視できないこともあることから、投影面積に制限が無ければ、遮光カバースカート部２２を形成しても構わない。
【００６１】
また、遮光カバー２０の裏面に設けられた第１の遮光壁としての遮光カバー第１突起２０ｅは、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４に設けられた遮光カバー窪み１４Ｆに入り込み、光源１２から主に封止樹脂１４の樹脂斜面１４Ｇを通して、直接撮像素子１３に入射する迷光を遮光する。さらに、図５（ｂ）に示す遮光カバー２０の裏面に設けられた遮光カバー第２突起２０ｆは、光源１２から第２照明用レンズ１５を通過して出射する照射光の内、遮光カバー２０に設けられた遮光カバー孔２０Ｅを通過して、光学カバー３０に設けられた第１照明用レンズ３２に入射する以外の光が迷光として、光学カバー３０に入射しないように遮光する。
【００６２】
また、図１（ａ）（ｂ）に示す絞り開口部としてのアパーチャー２１は、被写体２の像を撮像素子１３に投影する結像用レンズ３３に対して、絞りつまりレンズ口径として作用する。本来、結像用レンズ３３は、上述したように結像に作用する曲面におけるある有効径外の部分に結像作用を持たない面を有し、その部分が絞りとして作用するが、光が遮光する訳ではないため、迷光となる恐れがあるが、このアパーチャー２１は遮光能力を持つため、迷光をカットできる。
【００６３】
（光ポインティング装置の組み立て方法）
次に、本実施の形態の光ポインティング装置１Ａの組み立て方法について、説明する。
【００６４】
まず、光学カバー３０と遮光カバー２０とは、上述したように、それぞれの斜面同士をコンタクトさせることによって、オートアライメントでの組み立てを行う。この場合、光学カバー３０の光学カバー底面３０ｄと遮光カバー２０の遮光カバー上表面２０Ｄとは完全に密着せず、０〜５０μｍ程度の隙間のある構成にしないと、オートアライメントされない。また、この隙間に接着剤を入れておくことによって、オートアライメント後、硬化させて光学カバー３０と遮光カバー２０とを固定することと同時に、隙間を無くすことによって、光学カバー３０の接触面３１が被写体２の指で押されて光学カバー３０が撓み、割れが発生することを防ぐことができる。尚、この斜面同士をコンタクトさせる方法以外にも、斜面を垂直面にし、光学カバー３０にスリットを設け、かつ遮光カバー２０に突起を設け、さらに、スリットに突起を入れ込むことによって、オートアライメントする方法でも構わない。その場合、光学カバー底面３０ｄと遮光カバー上表面２０Ｄとは完全に密着させることができるため、接着剤による隙間を埋めなくても、光学カバー３０の接触面３１が被写体２の指で押されて光学カバー３０が撓み、割れが発生することを防ぐことができる。
【００６５】
その後、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４の樹脂上表面１４Ｅと、遮光カバー２０の遮光カバー上表面２０Ｄとがコンタクトするようにマウントして、光学カバー３０におけるフランジ３４のフランジ底面３０ｆと図示しないＦＰＣとを接着するか、又は封止樹脂１４の樹脂外側面１４Ａ・１４Ｂ・１４Ｃと遮光カバー２０の遮光カバー裏斜面２０ａ・２０ｂ・２０ｃとで形成させる隙間に接着剤を入れることによって固定する。この固定の際、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４に形成された樹脂孔１４Ｆと遮光カバー２０の裏面に形成された遮光カバー第１突起２０ｅとに当たり面を設けて当て決めしても構わない。或いは、ＬＧＡ１０の位置を仮固定しておき、遮光カバー２０が固定された光学カバー３０の位置を、ＸＹ方向にスライドさせ、撮像素子１３から出力される信号をモニターしながら撮像素子１３上に被写体２の像が一番投影される位置に調整しても構わない。
【００６６】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置１Ａは、被写体２に光を照射する光源１２と、被写体２からの反射光を内部で導光させる光学カバー３０と、光学カバー３０によって導光された光を受光する撮像素子１３と、撮像素子１３に対して被写体２からの反射光以外の光である迷光を遮光する遮光カバー２０とを備えている。
【００６７】
そして、本実施の形態では、光学カバー３０には、被写体２が接触する接触面３１と、導光される光を撮像素子１３に導く結像用レンズ３３とが一体に形成されている。このため、結像用レンズ３３と光学カバー３０とが互いに別個ではないので、光学カバー３０内を導光される光が撮像素子１３に導かれるように結像用レンズ３３を光軸調整して配置するという作業が省略できる。この結果、組み立て性の向上を図り、延いては高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００６８】
ところで、本実施の形態では、光源１２及び撮像素子１３は、光学カバー３０の接触面３１とは反対側に配設されている。この結果、光源１２と撮像素子１３との間を遮光する必要がある。また、外部から撮像素子１３に入射する光も遮光する必要がある。
【００６９】
そこで、本実施の形態では、遮光カバー２０には、迷光のうち光源１２から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバー第１突起２０ｅと、迷光のうち光学カバー３０の外部から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバースカート部２２とが形成されている。このため、遮光カバー第１突起２０ｅ及び遮光カバースカート部２２によって、撮像素子１３に対して被写体２からの反射光以外の光である迷光を遮光することができる。また、遮光カバー２０には、結像用レンズ３３から撮像素子１３への光に対して絞りとして作用するアパーチャー２１が形成されているので、光学カバー３０によって導光された光を、アパーチャー２１を介して撮像素子１３に導いて受光することが可能である。
【００７０】
したがって、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた光ポインティング装置１Ａを提供することができる。
【００７１】
また、本実施の形態の光ポインティング装置１Ａでは、光学カバー３０には、導光される被写体２からの反射光を撮像素子１３に導く結像素子である結像用レンズ３３と、光源１２からの光を被写体２に導く第１照明用レンズ３２とが一体に形成されている。
【００７２】
これにより、光学カバー３０に一体に形成された結像素子としての結像用レンズ３３を用いて、導光される被写体２からの反射光を撮像素子１３に導くことができる。また、本実施の形態では、光学カバー３０に光源１２からの光を被写体２に導く第１照明用レンズ３２が一体に形成されている。このため、第１照明用レンズ３２にて、光源１２からの光を被写体２に集光して導くことができる。また、結像用レンズ３３及び第１照明用レンズ３２は、光学カバー３０に一体に形成されているので、組み立て性に優れ、高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００７３】
また、本実施の形態の光ポインティング装置１Ａでは、光源１２及び撮像素子１３を基板１１上に搭載して封止樹脂１４にて封止したＬＧＡ１０が設けられていると共に、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４には、光源１２からの光を被写体２に導く第２照明用レンズ１５が一体に形成されている。
【００７４】
これにより、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４には、光源１２からの光を被写体２に導く第２照明用レンズ１５が一体に形成されているので、第２照明用レンズ１５にて、光源１２からの光を被写体２に集光して導くことができる。また、第２照明用レンズ１５は、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４に一体に形成されているので、組み立て性に優れ、高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００７５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７６】
前記光ポインティング装置１Ａは、結像用レンズ３３、並びに第２照明用レンズ１５及び第１照明用レンズ３２を備えていた。しかし、本実施の形態の光ポインティング装置１Ｂは、導光型光学系を持つ光学カバー６０を用いており、第２照明用レンズ１５に相当するレンズが存在しない点が異なっている。
【００７７】
本実施の形態の光ポインティング装置１Ｂは、図９に示すように、ＬＧＡ４０はＬＧＡ１０での第２照明用レンズ１５に相当するレンズが無い以外は同じである。光ポインティング装置１Ｂでは、Ｚ方向の厚みを薄くする目的で構成されているため、上記レンズを無くしているが、あっても問題は無い。
【００７８】
光学カバー６０は、実施の形態１の光学カバー３０と構成が大きく異なっている。接触面６１は、被写体２が光ポインティング装置１Ｂと接する面である。接触面６１の検出エリア６１ａは、光学カバー６０の上表面における光源１２の上方に位置する。また、光学カバー３０の第１照明用レンズ３２の代わりに、折り曲げ素子６２が設けられている。折り曲げ素子６２は、プリズムにてなっており、光源１２の上方、かつ接触面６１の下方に位置し、光学カバー６０の裏面のＬＧＡ４０と接しない部分に位置する、光学カバー６０の裏面の凹部を形成している。折り曲げ素子６２には、折り曲げ素子傾斜面６２ａが形成されており、該折り曲げ素子傾斜面６２ａと光学カバー６０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６２は、光源１２から照射された照射光Ｌ１を折り曲げ素子傾斜面６２ａにて屈折させて、被写体２に向かうように照射光Ｌ１の経路を変換するものである。また、折り曲げ素子６２は、被写体２から反射された反射光Ｌ２を折り曲げ素子傾斜面６２ａにて全反射させて、光学カバー６０の内部におけるＹ軸の正方向に反射光Ｌ２の経路を変換するものである。折り曲げ素子傾斜面６２ａにて全反射された、被写体２から反射された反射光Ｌ２は、後述する反射面６３に向かう。このように、折り曲げ素子傾斜面６２ａは、照射光Ｌ１を透過し、反射光Ｌ２を全反射するものである。そのため、光学カバー６０には、光源１２の上方における、光学カバー６０とＬＧＡ４０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。
【００７９】
例えば、光学カバー６０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、折り曲げ素子傾斜面６２ａには、反射光Ｌ２を全反射するために、アルミ反射膜等を蒸着していない。
【００８０】
次に、本実施の形態では、実施の形態１の結像用レンズ３３に代えて結像素子としての結像反射鏡６４が設けられている。
【００８１】
上記結像反射鏡６４は、被写体２からの反射光Ｌ２を反射して、撮像素子１３上に被写体２の像を結像するものである。結像反射鏡６４は、撮像素子１３の上方、かつ撮像素子１３よりもＹ軸の正方向側に位置し、光学カバー６０の裏面におけるＬＧＡ４０とは接しない部分に位置する、光学カバー６０の裏面の凹部を形成している。結像反射鏡６４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６４は、このトロイダル面で反射光Ｌ２を撮像素子１３に結像するように反射している。結像反射鏡６４において効率的に反射光Ｌ２を反射させるために、結像反射鏡６４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。
【００８２】
尚、上記の説明では、結像反射鏡６４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１３に結像できるものであれば使用することが可能である。
【００８３】
上記反射面６３は、折り曲げ素子傾斜面６２ａで全反射された反射光Ｌ２を結像反射鏡６４に入射させ、結像反射鏡６４から反射された反射光Ｌ２を撮像素子１３に入射させるために、反射光Ｌ２を反射するものである。反射面６３は、撮像素子１３の上方であって、光学カバー６０の上表面に位置する。反射面６３は、光学カバー６０の上表面に反射膜を蒸着させて形成される。反射面６３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１２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６３を形成する反射膜は、光源１２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１２が照射する光の波長と、反射面６３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２からの反射光Ｌ２を効率的に反射し、かつ外観上は目立たない反射面６３を形成することができる。
【００８４】
また、光源１２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、光学カバー６０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又はアクリル樹脂にすればよい。このような材質で光学カバー６０を形成することによって、光学カバー６０の外部から進入してくる不要光のうち、可視光成分を光学カバー６０にて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６３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６３で遮断することができる。光ポインティング装置１Ｂ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。
【００８５】
さらに、光ポインティング装置１Ｂの表面である、光学カバー６０の表面に色目を付ける場合、例えば、光学カバー６０の上表面及び反射面６３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光学カバー６０の上表面及び反射面６３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１Ｂの光学特性を損ねることなく、光ポインティング装置１Ｂの表面に所望の色を付けることができる。
【００８６】
反射面６５は、結像反射鏡６４から反射されて反射面６３で反射された反射光Ｌ２を再度反射面６３に向けて反射するものである。反射面６５は、撮像素子１３の上方、かつ撮像素子１３よりもＹ軸の正方向側に位置し、光学カバー６０の裏面に位置する。反射面６５は、光学カバー６０の裏面に反射膜を蒸着させて形成される。反射面６５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。反射面６５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を蒸着して形成される。
【００８７】
ＬＧＡ４０の封止樹脂４４の側面及び上表面を基準として、ＬＧＡ４０の上方に、遮光カバー５０が配置されている。遮光カバー５０は前記遮光カバー２０と比べてアパーチャー２１が無く、反射光Ｌ２が反射面６３に反射して撮像素子１３に到達するための絞り開口部としての遮光カバー孔５１が設けられている以外は、必要な範囲の照射光Ｌ１を光学カバー６０の検出エリア６１ａに遮光せず到達させるために設けられた遮光カバー孔５１や、光源１２から封止樹脂４４を通過して直接撮像素子１３に入射する迷光をカットする第１の遮光壁としての遮光カバー第１突起５０ｅ、及び第２の遮光壁としての遮光カバースカート部５２等の、光ポインティング装置１Ａの遮光カバー２０と同様の作用を持つ構造が設けられている。
【００８８】
光ポインティング装置１Ｂは、光ポインティング装置１Ａと同様のアライメント方法により組み立てを行っているため、説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態の光ポインティング装置１Ｂは、被写体２に光を照射する光源１２と、被写体２からの反射光を内部で反射させて導光する導光板型光学部材としての光学カバー６０と、光学カバー６０によって導光された光を受光する撮像素子１３と、不必要な照射光や外光による迷光をカットする遮光カバー５０とを備えている。そして、光学カバー６０には、被写体２が接触する接触面６１と、導光される光を撮像素子１３に導く結像反射部としての結像反射鏡６４と、被写体２からの反射光の方向を変換させて結像反射鏡６４に導く光路変換手段としての折り曲げ素子６２とが一体に形成されている。したがって、このような光学カバー６０を採用することによって、光学系の光路長を長く取り、収差を抑えるようにしても光学カバー６０の垂直方向の長さを光路長に比較して小さくすることができ、小型化を図ることができる。また、接触面６１、折り曲げ素子６２及び結像反射鏡６４を一体に形成することによって、部品点数も削減することができ、組み立て工程数も減らすことができる。また、光学カバー６０を成形する金型を高精度で作成することにより、折り曲げ素子傾斜面６２ａ及び結像反射鏡６４を高精度に製造することができ、接触面６１、折り曲げ素子６２、結像反射鏡６４の位置関係も金型精度で配置することができる。したがって、光ポインティング装置１Ｂの製造コストを削減することができると共に、被写体２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。
【００９０】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置１Ｂは、被写体２に光を照射する光源１２と、被写体２からの反射光を内部で導光させる光学カバー６０と、光学カバー６０によって導光された光を受光する撮像素子１３と、撮像素子１３に対して被写体２からの反射光以外の光である迷光を遮光する遮光カバー５０とを備えている。
【００９１】
そして、本実施の形態では、光学カバー６０には、被写体２が接触する接触面６１と、導光される光を撮像素子１３に導く結像素子としての結像反射鏡６４とが一体に形成されている。このため、結像反射鏡６４と光学カバー６０とが互いに別個ではないので、光学カバー６０内を導光される光が撮像素子１３に導かれるように結像反射鏡６４を光軸調整して配置するという作業が省略できる。この結果、組み立て性の向上を図り、延いては高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００９２】
ここで、本実施の形態では、光源１２及び撮像素子１３は、光学カバー６０の接触面６１とは反対側に配設されている。この結果、光源１２と撮像素子１３との間を遮光する必要がある。また、外部から撮像素子１３に入射する光も遮光する必要がある。
【００９３】
そこで、本実施の形態では、遮光カバー５０には、迷光のうち光源１２から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバー第１突起５０ｅと、迷光のうち光学カバー６０の外部から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバースカート部５２とが形成されている。このため、遮光カバー第１突起５０ｅ及び遮光カバースカート部５２によって、撮像素子１３に対して被写体２からの反射光以外の光である迷光を遮光することができる。また、遮光カバー５０には、結像反射鏡６４から撮像素子１３への光に対して絞りとして作用する遮光カバー孔５１が形成されているので、光学カバー６０によって導光された光を結像反射鏡６４を介して撮像素子１３に導いて受光することが可能である。
【００９４】
したがって、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた光ポインティング装置１Ｂを提供することができる。
【００９５】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９６】
本実施の形態では、前記実施の形態１及び実施の形態２にて説明した光ポインティング装置１Ａ・１Ｂを搭載した電子機器について、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、光ポインティング装置１Ａ・１Ｂのいずれか搭載した電子機器としての携帯電話機７０の外観を示す図であって、図１０（ａ）は携帯電話機７０の正面図であり、図１０（ｂ）は携帯電話機７０の背面図であり、図１０（ｃ）は携帯電話機７０の側面図である。尚、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）においては、電子機器として携帯電話機７０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。
【００９７】
図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、携帯電話機７０は、モニター側筐体７１及び操作側筐体７２を備えている。モニター側筐体７１は、モニター部７５及びスピーカー部７６を含み、操作側筐体７２は、マイク部７３、テンキー７４及び例えば光ポインティング装置１Ａを含んでいる。携帯電話機７０に搭載される光ポインティング装置１Ａは、必ずしもこれに限らず、光ポインティング装置１Ｂも適用可能である。
【００９８】
尚、本実施の形態において、光ポインティング装置１Ａ・１Ｂは、図１０（ａ）に示すように、テンキー７４の上部に配置されているが、光ポインティング装置１Ａ・１Ｂ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。
【００９９】
スピーカー部７６は、音声情報を外部に出力するものであり、マイク部７３は音声情報を携帯電話機７０に入力するものである。モニター部７５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１Ａ・１Ｂからの入力情報を表示するものである。
【０１００】
尚、本実施の形態の携帯電話機７０は、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、上部の筐体（モニター側筐体７１）と下部の筐体（操作側筐体７２）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７０を例として挙げている。携帯電話機７０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１Ａ・１Ｂを搭載することができる携帯電話機７０は、折りたたみ式に限るものではない。
【０１０１】
このように、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた光ポインティング装置１Ａ・１Ｂを備えた携帯電話機７０を提供することができる。
【０１０２】
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】
【０１０３】
本発明は、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】
【０１０４】
１Ａ・１Ｂ 光ポインティング装置
２ 被写体
１０ ＬＧＡ
１１ 基板
１２ 光源
１３ 撮像素子
１４ 封止樹脂
１５ 第２照明用レンズ
２０ 遮光カバー
２０ｅ 遮光カバー第１突起（第１の遮光壁）
２１ アパーチャー（絞り開口部）
２２ 遮光カバースカート部（第２の遮光壁）
３０ 光学カバー
３１ 接触面
３１ａ 検出エリア
３２ 第１照明用レンズ
３３ 結像用レンズ
３４ フランジ
４０ ＬＧＡ（パッケージ）
５０ 遮光カバー
５０ｅ 遮光カバー第１突起（第１の遮光壁）
５１ 遮光カバー孔（絞り開口部）
５２ 遮光カバースカート部（第２の遮光壁）
６０ 光学カバー
６１ 接触面
６１ａ 検出エリア
６２ 折り曲げ素子
６２ａ 折り曲げ素子傾斜面
６３ 反射面
６４ 結像反射鏡（結像素子）
６５ 反射面
７０ 携帯電話機（電子機器）
７１ モニター側筐体
７２ 操作側筐体
７５ モニター部
７６ スピーカー部
Ｌ１ 照射光
Ｌ２ 反射光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器としての携帯電話等の携帯情報端末に搭載可能な光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器に関するものであり、詳細には、迷光による影響の少ない光ポインティング装置及びそれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯情報端末に代表される小型の電子機器では、一般的に、情報を入力するユーザーインターフェースとしてキーパッドが採用されている。キーパッドは、通常、数字及び文字を入力するための複数個のボタンと方向ボタン（十字キー）とで構成されている。また、近年では、携帯情報端末のディスプレイ部にグラフィック等の表現が可能となることに伴い、ユーザに対する情報の表示方式として、主に、ディスプレイ部を２次元で用いるＧＵＩ（Graphical User Interface）が採用されるようになってきている。
【０００３】
このように、携帯情報端末が高機能化し、コンピュータと同等の表示機能を備えることにより、メニューキー及びその他の機能キーを方向キーとして用いる従来の携帯情報端末の入力手段では、ＧＵＩで表現されたアイコン等の選択には適しておらず、不便であった。そのため、携帯情報端末においても、コンピュータに用いられているボール式マウス若しくは光学式マウス等のマウスやタッチパッド又はタブレットのように、直感的な操作を可能とするポインティング装置が求められるようになってきている。
【０００４】
しかし、携帯情報端末は携帯することを前提とするため、本体と分離した別途のポインティング装置を携帯情報端末のポインティング装置として採用するには支障を来たす。また、例えばトラックボール型（Track Ball-Type）のポインティング装置は、物理的に一定以上の３次元空間を占有するため、薄型かつ小型の携帯情報端末に採用し難いという問題があった。
【０００５】
そこで、携帯情報端末に搭載可能なポインティング装置として、ポインティング装置に接触する被写体としての指の指紋を撮像素子で観察し、接触面における被写体の指紋の移動変化を抽出することによって、被写体の動きを検知する光ポインティング装置が提案されている。例えば特許文献１に開示された光ポインティング装置では、接触面上の被写体をＬＥＤ等の光源によって照射し、被写体から散乱された光を集光レンズにて撮像素子に集光し、被写体の像をイメージセンサ等の撮像素子で連続的に撮像し、撮像した画像データにおける直前に撮影した画像データに対する変化量を抽出し、変化量に基づいて被写体の動きを算出し、被写体の動きを電気信号として出力する。この光ポインティング装置を用いることによって、ディスプレイ上に示されたカーソル等を被写体の動きに合わせて移動させることができる。
【０００６】
上記特許文献１に開示された携帯端末機用の光ポインティング装置１００の光学系は、高精度の組み立てを行うため、図１１に示すように、収容ホールが備えられたホルダー１１０と、ホルダー１１０の収容ホール１１１に設けられた図示しない発光手段と、収容ホール１１１に設けられ、発光手段の光を集光するように一体型からなる一対のプリズム１２１と、一対のプリズム１２１の間に配される集光レンズ１２２で構成された集光部材１２０と、集光部材１２０を通過した光を撮像して変位値で演算する図示しないイメージセンサとを含んでいる。集光部材１２０は、集光レンズ１２２が一対のプリズム１２１内で安定した設置状態を維持できるように集光レンズ１２２と結合され、雑光（迷光）をフィルタリングする雑光遮断ホール（アパーチャー）１２３ａを含んだレンズ固定ホルダー１２３を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】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、上記従来の特許文献１に開示された光ポインティング装置１００では、以下の問題点を有している。
【０００９】
まず、集光レンズ１２２とレンズ固定ホルダー１２３及びプリズム１２１とは別個に設けられており、組み立て性が悪く、精度の向上を図ることが困難であり、かつ高コストになるという問題点を有している。
【００１０】
また、特許文献１に開示された光ポインティング装置１００では、光源とセンサとを１枚の基板にマウントするＬＧＡ構造を採用していないため問題は無いが、組み立て性・耐環境性を向上させるためにＬＧＡ構造を採用する場合には、光源とセンサの間を遮光する必要がある。
【００１１】
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、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた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】
【００１２】
本発明の光ポインティング装置は、上記課題を解決するために、被写体に光を照射する光源と、上記被写体からの反射光を内部で導光させる光学カバーと、上記光学カバーによって導光された光を受光する撮像素子と、上記撮像素子に対して上記被写体からの反射光以外の光である迷光を遮光する遮光カバーとを備えた光ポインティング装置であって、上記光学カバーには、上記被写体が接触する接触面と、導光される光を上記撮像素子に導く結像素子とが一体に形成されており、上記光源及び撮像素子は、上記光学カバーの上記接触面とは反対側に配設されていると共に、上記遮光カバーには、上記結像素子から撮像素子への光に対して絞りとして作用する絞り開口部と、上記迷光のうち光源から撮像素子への入射光を遮光する第１の遮光壁と、上記迷光のうち光学カバーの外部から撮像素子への入射光を遮光する第２の遮光壁とが形成されていることを特徴としている。尚、本発明では、結像素子として例えば結像反射鏡又は結像レンズを用いることが可能である。
【００１３】
上記の発明によれば、光ポインティング装置は、被写体に光を照射する光源と、上記被写体からの反射光を内部で導光させる光学カバーと、上記光学カバーによって導光された光を受光する撮像素子と、上記撮像素子に対して上記被写体からの反射光以外の光である迷光を遮光する遮光カバーとを備えている。
【００１４】
そして、本発明では、光学カバーには、被写体が接触する接触面と、導光される光を撮像素子に導く結像素子とが一体に形成されている。このため、結像素子と光学カバーとが互いに別個ではないので、光学カバー内を導光される光が撮像素子に導かれるように結像素子を光軸調整して配置するという作業が省略できる。この結果、組み立て性の向上を図り、延いては高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００１５】
ここで、本発明では、光源及び撮像素子は、上記光学カバーの接触面とは反対側に配設されている。この結果、光源と撮像素子との間を遮光する必要がある。また、外部から撮像素子に入射する光も遮光する必要がある。
【００１６】
そこで、本発明では、上記遮光カバーには、迷光のうち光源から撮像素子への入射光を遮光する第１の遮光壁と、上記迷光のうち光学カバーの外部から撮像素子への入射光を遮光する第２の遮光壁とが形成されている。このため、第１の遮光壁及び第２の遮光壁によって、撮像素子に対して被写体からの反射光以外の光である迷光を遮光することができる。また、遮光カバーには、結像素子から撮像素子への光に対して絞りとして作用する絞り開口部が形成されているので、光学カバーによって導光された光を結像素子を介して撮像素子に導いて受光することが可能である。
【００１７】
したがって、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた光ポインティング装置を提供することができる。
【００１８】
本発明の光ポインティング装置では、前記光学カバーには、導光される前記被写体からの反射光を前記撮像素子に導く結像素子である結像用レンズと、前記光源からの光を被写体に導く第１照明用レンズとが一体に形成されているとすることができる。
【００１９】
これにより、光学カバーに一体に形成された結像素子としての結像用レンズを用いて、導光される被写体からの反射光を撮像素子に導くことができる。また、本発明では、光学カバーに光源からの光を被写体に導く第１照明用レンズが一体に形成されている。このため、第１照明用レンズにて、光源からの光を被写体に集光して導くことができる。また、結像用レンズ及び第１照明用レンズは、光学カバーに一体に形成されているので、組み立て性に優れ、高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００２０】
本発明の光ポインティング装置では、前記光源及び撮像素子を基板上に搭載して封止樹脂にて封止したパッケージが設けられていると共に、上記パッケージの封止樹脂には、上記光源からの光を被写体に導く第２照明用レンズが一体に形成されているとすることができる。
【００２１】
これにより、パッケージの封止樹脂には、上記光源からの光を被写体に導く第２照明用レンズが一体に形成されているので、第２照明用レンズにて、光源からの光を被写体に集光して導くことができる。また、第２照明用レンズは、パッケージの封止樹脂に一体に形成されているので、組み立て性に優れ、高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００２２】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、前記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。
【００２３】
上記の発明によれば、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優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】
【００２４】
本発明の光ポインティング装置は、以上のように、光学カバーには、被写体が接触する接触面と、導光される光を撮像素子に導く結像素子とが一体に形成されており、光源及び撮像素子は、上記光学カバーの上記接触面とは反対側に配設されていると共に、遮光カバーには、上記結像素子から撮像素子への光に対して絞りとして作用する絞り開口部と、迷光のうち光源から撮像素子への入射光を遮光する第１の遮光壁と、迷光のうち光学カバーの外部から撮像素子への入射光を遮光する第２の遮光壁とが形成されているものである。
【００２５】
本発明の電子機器は、以上のように、前記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。
【００２６】
それゆえ、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた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】
【００２７】
【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図３のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は上記光ポインティング装置の構成を示す図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】（ａ）は上記光ポインティング装置の上側から見た構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記光ポインティング装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】上記光ポインティング装置の構成を示す平面図である。
【図４】上記光ポインティング装置におけるＬＧＡの構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は遮光カバーの上側から見た構成を示す斜視図であり、（ｂ）は遮光カバーの底面側から見た構成を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は光学カバーの上側から見た構成を示す斜視図であり、（ｂ）は光学カバーの底面側から見た構成を示す斜視図である。
【図７】（ａ）はＬＧＡ側に設けられた第２照明用レンズのみを用いて接触面の検出エリアを照明した場合の照射光を示す断面図であり、（ｂ）はそのときの検出エリアの強度分布を示す平面図である。
【図８】（ａ）はＬＧＡ側に設けられた第２照明用レンズに加えて、光学カバーに設けられた第１照明用レンズも使用して検出エリアを照明したときの照射光を示す断面図であり、（ｂ）はそのときの検出エリアの強度分布を示す平面図である。
【図９】本発明における光ポインティング装置の他の実施の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る。
【図１０】（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、携帯電話機の外観を示す正面図であり、（ｂ）は上記携帯電話機の外観を示す背面図であり、（ｃ）は上記携帯電話機の外観を示す側面図である。
【図１１】従来の光ポインティング装置の構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態について、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。
【００２９】
〔実施の形態１〕
本実施の形態の光ポインティング装置の構成について、図１〜図８に基づいて説明する。図１（ａ）は本実施の形態における光ポインティング装置１Ａの構成を示すものであって図３のＡ−Ａ線断面図であり、図１（ｂ）は上記光ポインティング装置１Ａの構成を示すものであって図３のＢ−Ｂ線断面図である。図２（ａ）は上記光ポインティング装置１Ａの構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は上記光ポインティング装置１Ａの構成を示す分解斜視図である。図３は上記光ポインティング装置１Ａの構成を示す平面図である。図４はＬＧＡの上側から見た構成を示す斜視図である。図５（ａ）は遮光カバーの上側から見た構成を示す斜視図であり、図５（ｂ）は遮光カバーの底面側から見た構成を示す斜視図である。図６（ａ）は光学カバーの上側から見た構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は光学カバーの底面側から見た構成を示す斜視図である。
【００３０】
（光ポインティング装置の概略構成）
本実施の形態の光ポインティング装置１Ａは、図２（ａ）（ｂ）及び図３に示すように、下から順に、後述する光源及び撮像素子を基板上にマウントして樹脂封止したＬＧＡ（Land Grid Array）半導体パッケージ１０（以下、「ＬＧＡ１０」という。）と、遮光カバー２０と、光学カバー３０とを備えている。ここで、ＬＧＡ（Land Grid Array）半導体パッケージとは、半導体パッケージにおいて、外部への接続端子として、パッケージ底面に平面電極パッドを格子状に並べたランドと称される実装用端子を備えたものをいう。
【００３１】
上記ＬＧＡ１０は、図４に示すように、基板１１、光源１２、撮像素子１３、封止樹脂１４、及び封止樹脂１４にて形成された第２照明用レンズ１５からなっている。
【００３２】
上記遮光カバー２０は、光源１２からの光を特定方向以外の方向に対して遮光するものであり、図２（ｂ）に示すように、ＬＧＡ１０の上側を覆っている。
【００３３】
上記光学カバー３０は、図２（ｂ）に示すように、遮光カバー２０を覆い、かつ光ポインティング装置１Ａの筐体として機能すると共に、表面に当接された被写体に対して上記光源１２の光を該被写体に導き、被写体からの反射光を表面に被写体を上記撮像素子１３に導く光学部材となっている。このため、光学カバー３０は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、表面に被写体が接触する接触面３１と、裏面において第１照明用レンズ３２及び結像用レンズ３３を含んでいる。
【００３４】
上記遮光カバー２０及び光学カバー３０は、図５（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）（ｂ）に示すように、組み立て性を向上させる観点から、遮光カバー２０の遮光カバー外側斜面壁２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃと、これら遮光カバー外側斜面壁２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃに外嵌する光学カバー３０の光学カバー内側斜面壁３０ａ・３０ｂ・３０ｃとによって、オートアライメントされるように、ＸＹ方向の位置決めが高精度になされている。尚、遮光カバー２０とＬＧＡ１０とは、当て決めを決めてマウントしてもよく、又は後述する結像光が撮像素子１３に対して最大限の受光するように調整してマウントしてもよい。
【００３５】
（光ポインティング装置における各部の構成）
上記の外観を有する光ポインティング装置１Ａにおける各部の構成について、以下に説明する。最初に、ＬＧＡ１０の構成について、図１（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。尚、図１（ａ）に示すように、光ポインティング装置１Ａの奥行き方向（図１（ａ）の左右方向）をＹ軸とし、光源１２から撮像素子１３に向かう方向をＹ軸の正方向とする。また、図１（ｂ）に示すように、光ポインティング装置１Ａの幅方向（図１（ｂ）の左右方向）をＸ軸とし、光ポインティング装置１Ａの左側から右側に向く方向をＸ軸の正方向とする。さらに、図１（ａ）（ｂ）に示すように、光ポインティング装置１Ａの厚み方向（図１（ａ）（ｂ）の縦方向）をＺ軸とし、光ポインティング装置１Ａの下部から上部に向かう方向をＺ軸の正方向とする。ここで、Ｚ軸の正方向を垂直方向と称すると共に、Ｙ軸の正方向を水平方向とも称する。
【００３６】
また、図１（ａ）（ｂ）において、光学カバー３０の接触面３１に接触している被写体２は、指先等の被写体であり、光ポインティング装置１Ａ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１Ａに対する被写体２の状態を分かり易くするために、被写体２を光ポインティング装置１Ａに対して便宜的に小さく記載している。
【００３７】
（ＬＧＡの構成）
まず、上記ＬＧＡ１０は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、１つの基板１１上に光源１２と撮像素子１３とを搭載している。光源１２及び撮像素子１３は、ワイヤボンド又はフリップチップ実装にて基板１１と電気的に接続されている。基板１１には、回路が形成されている。当該回路は、光源１２の発光タイミングを制御したり、撮像素子１３から出力された電気信号を受けて、被写体２の動きを検知したりするものである。基板１１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】
上記光源１２は、光学カバー３０の接触面３１に向けて光を照射するものである。光源１２から照射された照射光は、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４にて形成された第２照明用レンズ１５、及び光学カバー３０に形成された第１照明用レンズ３２を介して、光源１２の拡散光を検出エリア３１ａに均一かつ高強度に集光されて接触面３１に到達する。このように、光源１２からの照射光Ｌ１は、接触面３１に対して斜め方向から、つまり接触面３１に対して或る入射角で入射する。
【００３９】
光学カバー３０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３１に到達した照射光Ｌ１は、接触面３１上に被写体２が無い場合、その一部が接触面３１を透過し、残りの一部が接触面３１にて反射する。このとき、照射光Ｌ１の接触面３１に対する入射角が全反射の条件を満たす場合、照射光Ｌ１は、接触面３１を透過せず、全て接触面３１で反射して光学カバー３０内に向かう。
【００４０】
一方、接触面３１上に被写体２が存在する場合、照射光Ｌ１は、接触面３１と接している被写体２の表面で反射し、光学カバー３０に入射される。光源１２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１３は、光源１２が照射した、被写体２で反射された反射光Ｌ２を受光し、受光した光に基づいて接触面３１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１３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１３は、図示しないＤＳＰ（Digital Signal Processor：算出部）を含み、受光した反射光Ｌ２をＤＳＰに画像データとして取り込む。撮像素子１３は、基板１１の指示にしたがって、接触面３１上の像を一定の間隔で撮影し続ける。
【００４２】
接触面３１上に接している被写体２が移動した場合、撮像素子１３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１３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２の移動量及び移動方向を算出する。すなわち、接触面３１上の被写体２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１３は、ＤＳＰにおいて、該所定量に基づいて被写体２の移動量及び移動方向を算出する。撮像素子１３は、算出した移動量及び移動方向を電気信号として基板１１に出力する。尚、ＤＳＰは、撮像素子１３内ではなく、基板１１に含まれるものであってもよい。その場合、撮像素子１３は、撮像した画像データを順番に基板１１に送信する。
【００４３】
撮像素子１３の処理をまとめると、撮像素子１３は、接触面３１上に被写体２が無い場合、接触面３１の像を撮像する。次に、接触面３１上に被写体２が接触すると、撮像素子１３は、接触面３１と接している被写体２の表面の像を撮像する。例えば、被写体２が指先の場合、撮像素子１３は、指先の指紋の像を撮像する。ここで、撮像素子１３が撮像した画像データは、接触面３１上に被写体２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１３のＤＳＰは、接触面３１上に被写体２が接触していることを示す信号を基板１１に送信する。そして、被写体２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２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基板１１に送信する。
【００４４】
上記光源１２及び撮像素子１３は、透光性樹脂である封止樹脂１４によって周囲が樹脂封止されている。封止樹脂１４の形状は、略直方体である。封止樹脂１４の底面は、基板１１の上表面と密着して接しており、光源１２及び撮像素子１３にそれぞれ密着する凹部が形成されている。封止樹脂１４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、基板１１上に搭載された光源１２及び撮像素子１３がそれぞれ封止樹脂１４によって樹脂封止されているため、基板１１、光源１２、撮像素子１３及び封止樹脂１４が一体となっているＬＧＡ１０が形成されている。そのため、光ポインティング装置１Ａ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。したがって、光ポインティング装置１Ａの製造コストを削減することができると共に、被写体２の検知精度の高い光ポインティング装置１Ａを実現することができる。
【００４６】
（光学カバーの構成）
次に、光ポインティング装置１Ａを構成する光学カバー３０の構成について、図１（ａ）（ｂ）、及び図６に基づいて詳述する。
【００４７】
光学カバー３０は、光源１２及び撮像素子１３等を含む光ポインティング装置１Ａを構成する各部・各素子を保護するものである。
【００４８】
光学カバー３０は、図１（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）（ｂ）に示すように、遮光カバー２０の上側に位置し、図５（ａ）（ｂ）に示す遮光カバー２０の遮光カバー外側斜面壁２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ及び遮光カバー上表面２０Ｄに密着して接している。尚、本実施の形態において、光学カバー３０におけるＺ軸の負側の表面であって、遮光カバー２０上に搭載され光ポインティング装置１Ａ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、光学カバー３０の裏面と称する。
【００４９】
また、光学カバー３０のフランジ底面３０ｆは、ＬＧＡ１０の基板１１の底面と略同一平面を形成している。さらに、光学カバー３０の接触面３１と、基板１１の底面と、光学カバー３０のフランジ底面３０ｆとは互いに平行となっており、光学カバー３０の両側面が光学カバー３０の接触面３１、及び光学カバー３０のフランジ底面３０ｆに対してある角度を持つ面で形成されている。すなわち、図１（ａ）（ｂ）に示すように、光ポインティング装置１Ａの断面図において、光学カバー３０は台形状となっている。ただし、光学カバー３０は、この形状に限るものではなく前記側面がフランジ底面３０ｆに対して垂直になっていても構わない。
【００５０】
光学カバー３０における側面の底部の付近にはフランジ３４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１Ａが電子機器に搭載され、指等の被写体２により光学カバー３０の接触面３１からＺ軸の負方向側に押された場合に、ＬＧＡ１０の基板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。
【００５１】
光学カバー３０における接触面３１の検出エリア３１ａは、被写体２が光ポインティング装置１Ａと接する面である。接触面３１の検出エリア３１ａは、光学カバー３０の上表面における光源１２の上方に位置する。
【００５２】
光学カバー３０の裏面には、結像用レンズ３３及び第１照明用レンズ３２が形成されている。上記結像用レンズ３３は、接触面３１における被写体２の像を撮像素子１３に投影するために、特定の曲率を有するＺ軸対称の光学面が形成されており、その光学面の略有効径外の部分は、上記被写体像を撮像素子１３に対して投影できない面とすることによって、アパーチャーつまり結像用レンズに対して絞りとして作用する効果を持たせたレンズとなっている。
【００５３】
また、第１照明用レンズ３２は、Ｘ軸及びＹ軸に対して曲率が異なるトロイダル面が形成されており、後述する第２照明用レンズ１５と相互作用して、光源１２からの光を、被写体２の検出エリア３１ａに対してなるべく均一にかつ照射エリアを検出エリア外に拡がらせないように照射する作用を有している。
【００５４】
上記の作用を、図７（ａ）（ｂ）及び図８（ａ）（ｂ）に基づいて詳述する。図７（ａ）はＬＧＡ１０側に設けられた第２照明用レンズ１５のみを用いて接触面３１の検出エリア３１ａを照明した場合の照射光Ｌ３を示す断面図であり、図７（ｂ）はそのときの検出エリア３１ａの強度分布を示す平面図である。また、図８（ａ）はＬＧＡ１０側に設けられた第２照明用レンズ１５に加えて、光学カバー３０に設けられた第１照明用レンズ３２も使用して検出エリア３１ａを照明したときの照射光Ｌ１を示す断面図であり、図８（ｂ）はそのときの検出エリア３１ａの強度分布を示す平面図である。
【００５５】
まず、図７（ａ）に示すように、光学カバー３０に第１照明用レンズ３２が設けられていない場合、照射光Ｌ３は検出エリア３１ａ外まで拡がる。その結果、検出エリア３１ａ上の強度分布は、図７（ｂ）に示すように、光の強度が主にＹ軸方向マイナスからＹ軸方向プラスに亘ってグラデェーションしており、光源１２から放射される光の利用効率が劣る。
【００５６】
一方、図８（ａ）に示すように、ＬＧＡ１０側に設けられた第２照明用レンズ１５に加えて、光学カバー３０に設けられた第１照明用レンズ３２も使用して検出エリア３１ａを照明した場合には、照射光Ｌ１は検出エリア３１ａの外まであまり拡がっていない。この結果、検出エリア３１ａ上の強度分布は、図８（ｂ）に示すように、光の強度が同心円状に分布しており、光源１２から放射される光の強度中心が検出エリア３１ａ内に入射している。このため、光の利用効率が高く、より明るく照明できている。したがって、光源１２にＬＥＤを使用している場合、ＬＥＤへの入力電流を低くできることから、本装置を携帯機器に搭載する場合のバッテリーの使用時間を延ばすことができる。また、加えて、照射光Ｌ１は強度中心部分が略平行光化されて斜めから検出エリア３１ａに照射される。このため、検出対象となる指の指紋等の凹凸が照明された場合、凹凸の明暗が鮮明になるので、撮像素子１３での検出感度も向上する。
【００５７】
ところで、光学カバー３０を構成する材料としては、光源１２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、光学カバー３０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又はアクリル樹脂にすればよい。このような材質にて光学カバー３０を形成することによって、光学カバー３０の外部から侵入してくる不要光のうち、可視光成分を光学カバー３０によって遮断することができる。そして、光ポインティング装置１Ａの表面である、光学カバー３０の表面にデザイン上の色目を付ける場合、例えば、光学カバー３０の接触面３１に、例えば緑色等の所定の色における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光学カバー３０の接触面３１をコートすることによって、光ポインティング装置１Ａの光学特性を損ねることなく、光ポインティング装置１Ａの表面に所望の色を付けることができる。
【００５８】
（遮光カバーの構成）
次に、光ポインティング装置１Ａを構成する遮光カバー２０の構成について、図１（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）（ｂ）に基づいて詳述する。
【００５９】
遮光カバー２０は、光源１２からの光を特定方向以外の方向に対して遮光し、かつ上記結像用レンズ３３に対して絞り（アパーチャー）として作用すると共に、撮像素子１３に対して、光ポインティング装置１Ａの外部から入射する太陽光や街灯・室内灯等の迷光成分を遮光するものである。そのために、遮光カバー２０は、黒色の顔料や染料を含んだポリカーボネートや不透明の樹脂といった遮光性能を有する材料で構成されることが望ましい。遮光性能があれば、金属に黒色塗装されていても構わないが、反射光が迷光となって撮像素子１３に到達することを避けるためにも、光を吸収出来る素材であれば最も好ましい。
【００６０】
遮光カバー２０は、図１（ａ）（ｂ）、図４及び図５（ａ）（ｂ）に示すように、ＬＧＡ１０の上側に位置し、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４の樹脂外側面１４Ａ・１４Ｂ・１４Ｃに対してわずかな隙間を残しつつ、かつ樹脂上表面１４Ｅに対しては略密着して接している。遮光カバー２０の遮光カバー上表面２０Ｄと、ＬＧＡ１０の樹脂上表面１４Ｅと略密着するように接する遮光カバー裏底面２０ｄとは略平行となっており、また、遮光カバー２０の遮光カバー外側斜面壁２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃとそれぞれ対面する遮光カバー裏斜面２０ａ・２０ｂ・２０ｃにて形成された第２の遮光壁としての遮光カバースカート部２２をも含めて、光ポインティング装置１Ａの外から入射する迷光、及び光源１２からの光であって、光学カバー３０の接触面３１を含む光学カバー３０の表面で反射した、主に被写体２の像を信号成分として含まない迷光を遮光するために設けられている。尚、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４の樹脂外側面１４Ｄに相当する遮光カバー２０上には、上記遮光カバースカート部２２が形成されていない。しかし、この部分は、被写体２の指の付け根部分がくるように、光ポインティング装置１Ａを使用することによって、指の付け根や人の体が外光（太陽光・街灯光・室内灯光）起因の迷光をカットすること、及び光源１２から光学カバー３０を介してくる迷光の伝搬距離が一番長くなるため、大部分が減衰されて撮像素子１３に入射することから、形成しなくても問題ない。この部分を形成しないことによって、光ポインティング装置１ＡのＸＹ方向の投影面積を小さくすることができる。ただし、光源１２から光学カバー３０を介してくる迷光は、ゼロではなくまた光源１２で発する光の強度によっては、影響が無視できないこともあることから、投影面積に制限が無ければ、遮光カバースカート部２２を形成しても構わない。
【００６１】
また、遮光カバー２０の裏面に設けられた第１の遮光壁としての遮光カバー第１突起２０ｅは、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４に設けられた遮光カバー窪み１４Ｆに入り込み、光源１２から主に封止樹脂１４の樹脂斜面１４Ｇを通して、直接撮像素子１３に入射する迷光を遮光する。さらに、図５（ｂ）に示す遮光カバー２０の裏面に設けられた遮光カバー第２突起２０ｆは、光源１２から第２照明用レンズ１５を通過して出射する照射光の内、遮光カバー２０に設けられた遮光カバー孔２０Ｅを通過して、光学カバー３０に設けられた第１照明用レンズ３２に入射する以外の光が迷光として、光学カバー３０に入射しないように遮光する。
【００６２】
また、図１（ａ）（ｂ）に示す絞り開口部としてのアパーチャー２１は、被写体２の像を撮像素子１３に投影する結像用レンズ３３に対して、絞りつまりレンズ口径として作用する。本来、結像用レンズ３３は、上述したように結像に作用する曲面におけるある有効径外の部分に結像作用を持たない面を有し、その部分が絞りとして作用するが、光が遮光する訳ではないため、迷光となる恐れがあるが、このアパーチャー２１は遮光能力を持つため、迷光をカットできる。
【００６３】
（光ポインティング装置の組み立て方法）
次に、本実施の形態の光ポインティング装置１Ａの組み立て方法について、説明する。
【００６４】
まず、光学カバー３０と遮光カバー２０とは、上述したように、それぞれの斜面同士をコンタクトさせることによって、オートアライメントでの組み立てを行う。この場合、光学カバー３０の光学カバー底面３０ｄと遮光カバー２０の遮光カバー上表面２０Ｄとは完全に密着せず、０〜５０μｍ程度の隙間のある構成にしないと、オートアライメントされない。また、この隙間に接着剤を入れておくことによって、オートアライメント後、硬化させて光学カバー３０と遮光カバー２０とを固定することと同時に、隙間を無くすことによって、光学カバー３０の接触面３１が被写体２の指で押されて光学カバー３０が撓み、割れが発生することを防ぐことができる。尚、この斜面同士をコンタクトさせる方法以外にも、斜面を垂直面にし、光学カバー３０にスリットを設け、かつ遮光カバー２０に突起を設け、さらに、スリットに突起を入れ込むことによって、オートアライメントする方法でも構わない。その場合、光学カバー底面３０ｄと遮光カバー上表面２０Ｄとは完全に密着させることができるため、接着剤による隙間を埋めなくても、光学カバー３０の接触面３１が被写体２の指で押されて光学カバー３０が撓み、割れが発生することを防ぐことができる。
【００６５】
その後、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４の樹脂上表面１４Ｅと、遮光カバー２０の遮光カバー上表面２０Ｄとがコンタクトするようにマウントして、光学カバー３０におけるフランジ３４のフランジ底面３０ｆと図示しないＦＰＣとを接着するか、又は封止樹脂１４の樹脂外側面１４Ａ・１４Ｂ・１４Ｃと遮光カバー２０の遮光カバー裏斜面２０ａ・２０ｂ・２０ｃとで形成させる隙間に接着剤を入れることによって固定する。この固定の際、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４に形成された樹脂孔１４Ｆと遮光カバー２０の裏面に形成された遮光カバー第１突起２０ｅとに当たり面を設けて当て決めしても構わない。或いは、ＬＧＡ１０の位置を仮固定しておき、遮光カバー２０が固定された光学カバー３０の位置を、ＸＹ方向にスライドさせ、撮像素子１３から出力される信号をモニターしながら撮像素子１３上に被写体２の像が一番投影される位置に調整しても構わない。
【００６６】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置１Ａは、被写体２に光を照射する光源１２と、被写体２からの反射光を内部で導光させる光学カバー３０と、光学カバー３０によって導光された光を受光する撮像素子１３と、撮像素子１３に対して被写体２からの反射光以外の光である迷光を遮光する遮光カバー２０とを備えている。
【００６７】
そして、本実施の形態では、光学カバー３０には、被写体２が接触する接触面３１と、導光される光を撮像素子１３に導く結像用レンズ３３とが一体に形成されている。このため、結像用レンズ３３と光学カバー３０とが互いに別個ではないので、光学カバー３０内を導光される光が撮像素子１３に導かれるように結像用レンズ３３を光軸調整して配置するという作業が省略できる。この結果、組み立て性の向上を図り、延いては高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００６８】
ところで、本実施の形態では、光源１２及び撮像素子１３は、光学カバー３０の接触面３１とは反対側に配設されている。この結果、光源１２と撮像素子１３との間を遮光する必要がある。また、外部から撮像素子１３に入射する光も遮光する必要がある。
【００６９】
そこで、本実施の形態では、遮光カバー２０には、迷光のうち光源１２から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバー第１突起２０ｅと、迷光のうち光学カバー３０の外部から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバースカート部２２とが形成されている。このため、遮光カバー第１突起２０ｅ及び遮光カバースカート部２２によって、撮像素子１３に対して被写体２からの反射光以外の光である迷光を遮光することができる。また、遮光カバー２０には、結像用レンズ３３から撮像素子１３への光に対して絞りとして作用するアパーチャー２１が形成されているので、光学カバー３０によって導光された光を、アパーチャー２１を介して撮像素子１３に導いて受光することが可能である。
【００７０】
したがって、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた光ポインティング装置１Ａを提供することができる。
【００７１】
また、本実施の形態の光ポインティング装置１Ａでは、光学カバー３０には、導光される被写体２からの反射光を撮像素子１３に導く結像素子である結像用レンズ３３と、光源１２からの光を被写体２に導く第１照明用レンズ３２とが一体に形成されている。
【００７２】
これにより、光学カバー３０に一体に形成された結像素子としての結像用レンズ３３を用いて、導光される被写体２からの反射光を撮像素子１３に導くことができる。また、本実施の形態では、光学カバー３０に光源１２からの光を被写体２に導く第１照明用レンズ３２が一体に形成されている。このため、第１照明用レンズ３２にて、光源１２からの光を被写体２に集光して導くことができる。また、結像用レンズ３３及び第１照明用レンズ３２は、光学カバー３０に一体に形成されているので、組み立て性に優れ、高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００７３】
また、本実施の形態の光ポインティング装置１Ａでは、光源１２及び撮像素子１３を基板１１上に搭載して封止樹脂１４にて封止したＬＧＡ１０が設けられていると共に、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４には、光源１２からの光を被写体２に導く第２照明用レンズ１５が一体に形成されている。
【００７４】
これにより、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４には、光源１２からの光を被写体２に導く第２照明用レンズ１５が一体に形成されているので、第２照明用レンズ１５にて、光源１２からの光を被写体２に集光して導くことができる。また、第２照明用レンズ１５は、ＬＧＡ１０の封止樹脂１４に一体に形成されているので、組み立て性に優れ、高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００７５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７６】
前記光ポインティング装置１Ａは、結像用レンズ３３、並びに第２照明用レンズ１５及び第１照明用レンズ３２を備えていた。しかし、本実施の形態の光ポインティング装置１Ｂは、導光型光学系を持つ光学カバー６０を用いており、第２照明用レンズ１５に相当するレンズが存在しない点が異なっている。
【００７７】
本実施の形態の光ポインティング装置１Ｂは、図９に示すように、ＬＧＡ４０はＬＧＡ１０での第２照明用レンズ１５に相当するレンズが無い以外は同じである。光ポインティング装置１Ｂでは、Ｚ方向の厚みを薄くする目的で構成されているため、上記レンズを無くしているが、あっても問題は無い。
【００７８】
光学カバー６０は、実施の形態１の光学カバー３０と構成が大きく異なっている。接触面６１は、被写体２が光ポインティング装置１Ｂと接する面である。接触面６１の検出エリア６１ａは、光学カバー６０の上表面における光源１２の上方に位置する。また、光学カバー３０の第１照明用レンズ３２の代わりに、折り曲げ素子６２が設けられている。折り曲げ素子６２は、プリズムにてなっており、光源１２の上方、かつ接触面６１の下方に位置し、光学カバー６０の裏面のＬＧＡ４０と接しない部分に位置する、光学カバー６０の裏面の凹部を形成している。折り曲げ素子６２には、折り曲げ素子傾斜面６２ａが形成されており、該折り曲げ素子傾斜面６２ａと光学カバー６０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６２は、光源１２から照射された照射光Ｌ１を折り曲げ素子傾斜面６２ａにて屈折させて、被写体２に向かうように照射光Ｌ１の経路を変換するものである。また、折り曲げ素子６２は、被写体２から反射された反射光Ｌ２を折り曲げ素子傾斜面６２ａにて全反射させて、光学カバー６０の内部におけるＹ軸の正方向に反射光Ｌ２の経路を変換するものである。折り曲げ素子傾斜面６２ａにて全反射された、被写体２から反射された反射光Ｌ２は、後述する反射面６３に向かう。このように、折り曲げ素子傾斜面６２ａは、照射光Ｌ１を透過し、反射光Ｌ２を全反射するものである。そのため、光学カバー６０には、光源１２の上方における、光学カバー６０とＬＧＡ４０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。
【００７９】
例えば、光学カバー６０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、折り曲げ素子傾斜面６２ａには、反射光Ｌ２を全反射するために、アルミ反射膜等を蒸着していない。
【００８０】
次に、本実施の形態では、実施の形態１の結像用レンズ３３に代えて結像素子としての結像反射鏡６４が設けられている。
【００８１】
上記結像反射鏡６４は、被写体２からの反射光Ｌ２を反射して、撮像素子１３上に被写体２の像を結像するものである。結像反射鏡６４は、撮像素子１３の上方、かつ撮像素子１３よりもＹ軸の正方向側に位置し、光学カバー６０の裏面におけるＬＧＡ４０とは接しない部分に位置する、光学カバー６０の裏面の凹部を形成している。結像反射鏡６４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６４は、このトロイダル面で反射光Ｌ２を撮像素子１３に結像するように反射している。結像反射鏡６４において効率的に反射光Ｌ２を反射させるために、結像反射鏡６４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。
【００８２】
尚、上記の説明では、結像反射鏡６４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１３に結像できるものであれば使用することが可能である。
【００８３】
上記反射面６３は、折り曲げ素子傾斜面６２ａで全反射された反射光Ｌ２を結像反射鏡６４に入射させ、結像反射鏡６４から反射された反射光Ｌ２を撮像素子１３に入射させるために、反射光Ｌ２を反射するものである。反射面６３は、撮像素子１３の上方であって、光学カバー６０の上表面に位置する。反射面６３は、光学カバー６０の上表面に反射膜を蒸着させて形成される。反射面６３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１２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６３を形成する反射膜は、光源１２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１２が照射する光の波長と、反射面６３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２からの反射光Ｌ２を効率的に反射し、かつ外観上は目立たない反射面６３を形成することができる。
【００８４】
また、光源１２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、光学カバー６０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又はアクリル樹脂にすればよい。このような材質で光学カバー６０を形成することによって、光学カバー６０の外部から進入してくる不要光のうち、可視光成分を光学カバー６０にて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６３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６３で遮断することができる。光ポインティング装置１Ｂ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。
【００８５】
さらに、光ポインティング装置１Ｂの表面である、光学カバー６０の表面に色目を付ける場合、例えば、光学カバー６０の上表面及び反射面６３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光学カバー６０の上表面及び反射面６３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１Ｂの光学特性を損ねることなく、光ポインティング装置１Ｂの表面に所望の色を付けることができる。
【００８６】
反射面６５は、結像反射鏡６４から反射されて反射面６３で反射された反射光Ｌ２を再度反射面６３に向けて反射するものである。反射面６５は、撮像素子１３の上方、かつ撮像素子１３よりもＹ軸の正方向側に位置し、光学カバー６０の裏面に位置する。反射面６５は、光学カバー６０の裏面に反射膜を蒸着させて形成される。反射面６５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。反射面６５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を蒸着して形成される。
【００８７】
ＬＧＡ４０の封止樹脂４４の側面及び上表面を基準として、ＬＧＡ４０の上方に、遮光カバー５０が配置されている。遮光カバー５０は前記遮光カバー２０と比べてアパーチャー２１が無く、反射光Ｌ２が反射面６３に反射して撮像素子１３に到達するための絞り開口部としての遮光カバー孔５１が設けられている以外は、必要な範囲の照射光Ｌ１を光学カバー６０の検出エリア６１ａに遮光せず到達させるために設けられた遮光カバー孔５１や、光源１２から封止樹脂４４を通過して直接撮像素子１３に入射する迷光をカットする第１の遮光壁としての遮光カバー第１突起５０ｅ、及び第２の遮光壁としての遮光カバースカート部５２等の、光ポインティング装置１Ａの遮光カバー２０と同様の作用を持つ構造が設けられている。
【００８８】
光ポインティング装置１Ｂは、光ポインティング装置１Ａと同様のアライメント方法により組み立てを行っているため、説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態の光ポインティング装置１Ｂは、被写体２に光を照射する光源１２と、被写体２からの反射光を内部で反射させて導光する導光板型光学部材としての光学カバー６０と、光学カバー６０によって導光された光を受光する撮像素子１３と、不必要な照射光や外光による迷光をカットする遮光カバー５０とを備えている。そして、光学カバー６０には、被写体２が接触する接触面６１と、導光される光を撮像素子１３に導く結像反射部としての結像反射鏡６４と、被写体２からの反射光の方向を変換させて結像反射鏡６４に導く光路変換手段としての折り曲げ素子６２とが一体に形成されている。したがって、このような光学カバー６０を採用することによって、光学系の光路長を長く取り、収差を抑えるようにしても光学カバー６０の垂直方向の長さを光路長に比較して小さくすることができ、小型化を図ることができる。また、接触面６１、折り曲げ素子６２及び結像反射鏡６４を一体に形成することによって、部品点数も削減することができ、組み立て工程数も減らすことができる。また、光学カバー６０を成形する金型を高精度で作成することにより、折り曲げ素子傾斜面６２ａ及び結像反射鏡６４を高精度に製造することができ、接触面６１、折り曲げ素子６２、結像反射鏡６４の位置関係も金型精度で配置することができる。したがって、光ポインティング装置１Ｂの製造コストを削減することができると共に、被写体２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。
【００９０】
このように、本実施の形態の光ポインティング装置１Ｂは、被写体２に光を照射する光源１２と、被写体２からの反射光を内部で導光させる光学カバー６０と、光学カバー６０によって導光された光を受光する撮像素子１３と、撮像素子１３に対して被写体２からの反射光以外の光である迷光を遮光する遮光カバー５０とを備えている。
【００９１】
そして、本実施の形態では、光学カバー６０には、被写体２が接触する接触面６１と、導光される光を撮像素子１３に導く結像素子としての結像反射鏡６４とが一体に形成されている。このため、結像反射鏡６４と光学カバー６０とが互いに別個ではないので、光学カバー６０内を導光される光が撮像素子１３に導かれるように結像反射鏡６４を光軸調整して配置するという作業が省略できる。この結果、組み立て性の向上を図り、延いては高精度化及び低コスト化を図ることができる。
【００９２】
ここで、本実施の形態では、光源１２及び撮像素子１３は、光学カバー６０の接触面６１とは反対側に配設されている。この結果、光源１２と撮像素子１３との間を遮光する必要がある。また、外部から撮像素子１３に入射する光も遮光する必要がある。
【００９３】
そこで、本実施の形態では、遮光カバー５０には、迷光のうち光源１２から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバー第１突起５０ｅと、迷光のうち光学カバー６０の外部から撮像素子１３への入射光を遮光する遮光カバースカート部５２とが形成されている。このため、遮光カバー第１突起５０ｅ及び遮光カバースカート部５２によって、撮像素子１３に対して被写体２からの反射光以外の光である迷光を遮光することができる。また、遮光カバー５０には、結像反射鏡６４から撮像素子１３への光に対して絞りとして作用する遮光カバー孔５１が形成されているので、光学カバー６０によって導光された光を結像反射鏡６４を介して撮像素子１３に導いて受光することが可能である。
【００９４】
したがって、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた光ポインティング装置１Ｂを提供することができる。
【００９５】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９６】
本実施の形態では、前記実施の形態１及び実施の形態２にて説明した光ポインティング装置１Ａ・１Ｂを搭載した電子機器について、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、光ポインティング装置１Ａ・１Ｂのいずれか搭載した電子機器としての携帯電話機７０の外観を示す図であって、図１０（ａ）は携帯電話機７０の正面図であり、図１０（ｂ）は携帯電話機７０の背面図であり、図１０（ｃ）は携帯電話機７０の側面図である。尚、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）においては、電子機器として携帯電話機７０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。
【００９７】
図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、携帯電話機７０は、モニター側筐体７１及び操作側筐体７２を備えている。モニター側筐体７１は、モニター部７５及びスピーカー部７６を含み、操作側筐体７２は、マイク部７３、テンキー７４及び例えば光ポインティング装置１Ａを含んでいる。携帯電話機７０に搭載される光ポインティング装置１Ａは、必ずしもこれに限らず、光ポインティング装置１Ｂも適用可能である。
【００９８】
尚、本実施の形態において、光ポインティング装置１Ａ・１Ｂは、図１０（ａ）に示すように、テンキー７４の上部に配置されているが、光ポインティング装置１Ａ・１Ｂ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。
【００９９】
スピーカー部７６は、音声情報を外部に出力するものであり、マイク部７３は音声情報を携帯電話機７０に入力するものである。モニター部７５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１Ａ・１Ｂからの入力情報を表示するものである。
【０１００】
尚、本実施の形態の携帯電話機７０は、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、上部の筐体（モニター側筐体７１）と下部の筐体（操作側筐体７２）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７０を例として挙げている。携帯電話機７０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１Ａ・１Ｂを搭載することができる携帯電話機７０は、折りたたみ式に限るものではない。
【０１０１】
このように、組み立て性の向上を図ることにより高精度化及び低コスト化を図ると共に、遮光性能の優れた光ポインティング装置１Ａ・１Ｂを備えた携帯電話機７０を提供することができる。
【０１０２】
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】
【０１０３】
本発明は、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】
【０１０４】
１Ａ・１Ｂ 光ポインティング装置
２ 被写体
１０ ＬＧＡ
１１ 基板
１２ 光源
１３ 撮像素子
１４ 封止樹脂
１５ 第２照明用レンズ
２０ 遮光カバー
２０ｅ 遮光カバー第１突起（第１の遮光壁）
２１ アパーチャー（絞り開口部）
２２ 遮光カバースカート部（第２の遮光壁）
３０ 光学カバー
３１ 接触面
３１ａ 検出エリア
３２ 第１照明用レンズ
３３ 結像用レンズ
３４ フランジ
４０ ＬＧＡ（パッケージ）
５０ 遮光カバー
５０ｅ 遮光カバー第１突起（第１の遮光壁）
５１ 遮光カバー孔（絞り開口部）
５２ 遮光カバースカート部（第２の遮光壁）
６０ 光学カバー
６１ 接触面
６１ａ 検出エリア
６２ 折り曲げ素子
６２ａ 折り曲げ素子傾斜面
６３ 反射面
６４ 結像反射鏡（結像素子）
６５ 反射面
７０ 携帯電話機（電子機器）
７１ モニター側筐体
７２ 操作側筐体
７５ モニター部
７６ スピーカー部
Ｌ１ 照射光
Ｌ２ 反射光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に光を照射する光源と、
上記被写体からの反射光を内部で導光させる光学カバーと、
上記光学カバーによって導光された光を受光する撮像素子と、
上記撮像素子に対して上記被写体からの反射光以外の光である迷光を遮光する遮光カバーとを備えた光ポインティング装置であって、
上記光学カバーには、上記被写体が接触する接触面と、導光される光を上記撮像素子に導く結像素子とが一体に形成されており、
上記光源及び撮像素子は、上記光学カバーの上記接触面とは反対側に配設されていると共に、
上記遮光カバーには、
上記結像素子から撮像素子への光に対して絞りとして作用する絞り開口部と、
上記迷光のうち光源から撮像素子への入射光を遮光する第１の遮光壁と、
上記迷光のうち光学カバーの外部から撮像素子への入射光を遮光する第２の遮光壁と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】
前記光学カバーには、
導光される前記被写体からの反射光を前記撮像素子に導く結像素子である結像用レンズと、
前記光源からの光を被写体に導く第１照明用レンズとが一体に形成さ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】
前記光源及び撮像素子を基板上に搭載して封止樹脂にて封止したパッケージが設けられていると共に、
上記パッケージの封止樹脂には、上記光源からの光を被写体に導く第２照明用レンズが一体に形成さ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】
請求項１、２又は３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】
被写体に光を照射する光源と、
上記被写体からの反射光を内部で導光させる光学カバーと、
上記光学カバーによって導光された光を受光する撮像素子と、
上記撮像素子に対して上記被写体からの反射光以外の光である迷光を遮光する遮光カバーとを備えた光ポインティング装置であって、
上記光学カバーには、上記被写体が接触する接触面と、導光される光を上記撮像素子に導く結像素子とが一体に形成されており、
上記光源及び撮像素子は、上記光学カバーの上記接触面とは反対側に配設されていると共に、
上記遮光カバーには、
上記結像素子から撮像素子への光に対して絞りとして作用する絞り開口部と、
上記迷光のうち光源から撮像素子への入射光を遮光する第１の遮光壁と、
上記迷光のうち光学カバーの外部から撮像素子への入射光を遮光する第２の遮光壁と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】
前記光学カバーには、
導光される前記被写体からの反射光を前記撮像素子に導く結像素子である結像用レンズと、
前記光源からの光を被写体に導く第１照明用レンズとが一体に形成さ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】
前記光源及び撮像素子を基板上に搭載して封止樹脂にて封止したパッケージが設けられていると共に、
上記パッケージの封止樹脂には、上記光源からの光を被写体に導く第２照明用レンズが一体に形成さ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】
請求項１、２又は３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９】
【図１０】
【図１１】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２３０６４５（Ｐ２０１２−２３０６４５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０００７９（Ｐ２０１１−１０００７９）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【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２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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