光学式ポインティング装置および当該装置を搭載した電子機器
【課題】より薄く、しかも像の認識精度が高められた光学式ポインティング装置を提供する。
【解決手段】被写体１０と接する接触面１１と、接触面１１に向かって照射光を照射する光源１６と、接触面１１からの反射光を複数の光路ａ・ｂへ分割するための複数の光路変換面を有する光路変換素子２２・３２・５２と、を備え、複数の光路変換面は、接触面１１との角度が４５°以下となるように設けられている。
【解決手段】被写体１０と接する接触面１１と、接触面１１に向かって照射光を照射する光源１６と、接触面１１からの反射光を複数の光路ａ・ｂへ分割するための複数の光路変換面を有する光路変換素子２２・３２・５２と、を備え、複数の光路変換面は、接触面１１との角度が４５°以下となるように設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は入力装置に関し、より詳細には、携帯電話等の電子機器に搭載可能な光学式ポインティング装置および当該装置を搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの電子機器では、キーパッドを利用したユーザーインターフェースが用いられている。このようなキーパッドは、数字および文字を入力するための複数個のボタンと、方向ボタンとによって構成されている。
【０００３】
近年、ディスプレイの高性能化に伴って、電子機器においても、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を採用することが一般的になりつつある。このように、携帯情報端末等の電子機器の機能がコンピューターと類似して変化するのに伴って、電子機器の入力方法も、従来のメニューキーおよびその他の機能キーを方向キーとして用いることによって所望する機能の動作を行う方法では不便になりつつある。
【０００４】
それ故に、電子機器においても、コンピューターに用いられているようなマウスやタッチパッドのよう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りつつある。
【０００５】
ポインティング装置としては、装置に接触する被写体（例えば、指先など）の模様を撮像素子で観察しながら接触面の変化を抽出する、光学式ポインティング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この光学式ポインティング装置では、光源によって接触面を照明しながら、接触面の模様をレンズで撮像素子に結像させ、検出した模様の変化に基づいて指先の動きを入力信号に変換している。
【０００６】
また、接触面の直下に光路を折り曲げるための光路変換素子（例えば、プリズムなど）を配置し、光路を水平方向に折り曲げることで、光路を長く保ちながら光学式ポインティング装置の厚さを薄くする方法が提案されている（例えば、特許文献２および３参照）。この技術では光路を水平方向に折り曲げているために、たとえ光路を長くしたとしてもポインティング装置の厚さには影響しない。このため光路を長く取りながら薄い光学式ポインティング装置を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５２８５５４号公報（公表日：２００７年１０月１１日）
【特許文献２】特表２００８−５０７７８７号公報（公表日：２００８年３月１３日）
【特許文献３】特表２００８−５１０２４８号公報（公表日：２００８年４月３日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献では、光路変換素子を用いることにより、光路を長くとりながら薄い光学式ポインティング装置を実現しているが、接触面の全体の領域を撮像素子に結像する必要があるため、接触面の領域の広さに応じた厚さを確保する必要があり、薄い光学式ポインティング装置とするには限界があるという課題を有している。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的は、より薄く、しかも像の認識精度が高められた光学式ポインティング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学式ポインティング装置は、上記課題を解決するために、被写体と接する接触面と、前記接触面に向かって照射光を照射する光源と、前記接触面からの反射光を複数の光路へ分割するための複数の光路変換面を有する光路変換素子と、を備え、前記複数の光路変換面は、前記接触面との角度が４５°以下となるように設けられていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、光路変換面によって、接触面からの反射光を分割させることができる。その結果、光学式ポインティング装置の厚さを薄くすることができる。更に、上記構成によれば、接触面に向かう照射光が、光路変換素子内で進行方向を変える度合い（換言すれば、屈折する角度）を小さくすることができる。つまり、照射光は、光路変換素子内を小さな屈折角度にて進むので、接触面全体に対して、均一に光を照射することができる。その結果、不感帯を小さくすることができ、像の認識精度を高めることができる。
なお、前記複数の光路変換面は、前記接触面との角度が４５°よりも小さくなるように設けられていることが更に好ましい。
【００１２】
本発明の光学式ポインティング装置では、前記光路変換面同士が、９０°以上の角度をなすように設けられていることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、光路変換面によって、接触面からの反射光を分割させることができる。その結果、光学式ポインティング装置の厚さを薄くすることができるとともに、不感帯を小さくすることで、像の認識精度を高めることができる。
【００１４】
更に、上記構成によれば、より効果的に不感帯を小さくすることができる。なお、前記複数の光路変換面が、前記接触面との角度が４５°よりも小さくなるように設けられている場合には、当該光路変換面同士が、９０°よりも大きな角度をなすように設けられていることが更に好ましい。
【００１５】
本発明の光学式ポインティング装置では、前記光路変換面の数は、前記光路変換素子の数よりも多いことが好ましい。
【００１６】
複数の光路変換面を有する光路変換素子を用いることによって、部品数を削減することができるとともに、コスト削減を実現することができる。また、光路変換素子の位置合わせや組み立てを容易にできるばかりでなく、光学式ポインティング装置の小型化も実現できる。
【００１７】
本発明の光学式ポインティング装置は、撮像素子を更に備え、前記複数の光路へ分割された反射光を前記撮像素子へ合成するための画像合成素子を備えていることが好ましい。
分割された複数の光路は、複数の像を生成する。したがって、画像合成素子を備えることによって、分割された光路を再度一つに合成することができる。
【００１８】
本発明の光学式ポインティング装置では、前記複数の光路変換面の少なくとも１つは、前記接触面上において別の光路変換面と交わっていることが好ましい。
【００１９】
接触面と光路変換面との距離が小さくなるように、複数の光路変換面が接触面上で交わる（連結される）ことによって、光学式ポインティング装置の厚さを薄くすることができる。また、接触面と光路変換面との距離が小さければ、分割される各光路へのクロストークが低減され、信号のＳ／Ｎ比を良くすることができる。
【００２０】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、本発明の光学式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。
【００２１】
本発明の光学式ポインティング装置は薄いので、本発明の光学式ポインティング装置を備えた電子機器の厚さも薄くすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明であれば、光路変換素子によって被写体検出エリアを複数の領域に分割して撮像することによって、光学式ポインティング装置の厚さを薄くすることができる。
【００２３】
本発明であれば、光学式ポインティング装置の不感帯を狭くすることができる。それゆえイメージセンサーにおける像の認識精度を上げることができる。
【００２４】
本発明であれば、光路変換素子の角度を適切に設定することによって、不感帯を狭くすることができる。これによって、被写体に光を有効に照射することができ、被写体の照度が均一な領域を拡大することができる。そして、イメージセンサーにおける像の認識精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の光学式ポインティング装置の第１実施形態を示した断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、図１に示す光学式ポインティング装置の接触面における照度の分布を示す概念図である。
【図３】本発明の光学式ポインティング装置の第１実施形態の変形例を示した断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、図３に示す光学式ポインティング装置の接触面における照度の分布を示す概念図である。
【図５】本発明の光学式ポインティング装置に用いる光路変換素子の一例を示した斜視図である。
【図６】本発明の光学式ポインティング装置に用いる光路変換素子の一例を示した斜視図である。
【図７】図６の光路変換素子のＡ−Ａに沿った断面図の一例である。
【図８】図６の光路変換素子のＡ−Ａに沿った断面図の一例である。
【図９】本発明の光学式ポインティング装置の第１実施形態の変形例を示した断面図である。
【図１０】本発明の光学式ポインティング装置の第２実施形態を示した斜視図である。
【図１１】図１０に示す光学式ポインティング装置のＢ−Ｂに沿った断面図である。
【図１２】図１０に示す光学式ポインティング装置のＣ−Ｃに沿った断面図である。
【図１３】図１０に示す光学式ポインティング装置のＤ−Ｄに沿った断面図である。
【図１４】第２実施形態の光学式ポインティング装置にて得られる像を示した模式図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）本発明の光学式ポインティング装置の第３実施形態における、光学部品を組み立てる前の各構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の光学式ポインティング装置の第３実施形態における、光学部品を組み立てた後の各構成を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）は、図１６に示す光学式ポインティング装置のＥ−Ｅに沿った断面図であり、（ｂ）は、図１６に示す光学式ポインティング装置のＦ−Ｆに沿った断面図であり、（ｃ）は、図１６に示す光学式ポインティング装置のＧ−Ｇに沿った断面図である。
【図１８】本発明の光学式ポインティング装置の第４実施形態を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明者らは、光学式ポインティング装置を小型化および／または薄型化する方法を検討している過程で、接触面に光が照射されないために生じる、または照射されていても光量が極めて少ないために生じる不感帯が、イメージセンサーなどによる像の認識精度を低下させるという問題があることを独自に見出した。
【００２７】
この課題に対して、本発明者らは鋭意検討した結果、特定の光路変換素子（後述する、光路変換素子２２、３２および５２）上に設けられた光路変換面と、接触面とがなす角度を調節することによって、不感帯を小さくすることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。なお、本発明であれば、不感帯を小さくすることができるのみならず、光学式ポインティング装置の厚さを薄くすることも可能である。まず、図２（ａ）および図２（ｂ）を用いて、不感帯の一例について説明する。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、光源１６、光路変換素子２２、被写体１０の順で配置すると、光路変換素子２２を介して、光源１６から被写体１０へ光を照射することになる。この場合、光源１６からの照射光は、光路変換素子２２によって屈折してしまい、その進行方向が変わる。図２（ａ）では、図の装置の外側へ屈折している。光路変換素子２２の上面が接触面１１として機能するが、照射光の進行方向が変わるため、接触面１１の中央部に光が照射されない領域、または、照射されていても極めて少ない光しか照射されない領域が生じる。図２（ｂ）は接触面１１を上部から見た図であるが、この図中、Ｘにて示される領域が当該領域であり、本発明では当該領域を不感帯とよぶ。本発明であれば、不感帯を小さくすることができるので、その結果、イメージセンサーにおける像の認識精度を上げることができる。
【００２９】
以下、本発明の光学式ポインティング装置の一実施形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、指紋認証システム等のスキャナー装置、および、光入力インターフェイス全般に適用可能である。
【００３０】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態の光学式ポインティング装置の断面図である。
【００３１】
本実施形態の光学式ポインティング装置１は、被写体１０（例えば、指先など）と接する接触面１１、接触面１１に向かって光（照射光）を照射する光源１６（例えば、ＬＥＤ光源）、被写体１０にて散乱されて接触面１１を介して自身へ入射する光（反射光）を所定の方向の複数の光路へ分割するための光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂを有する光路変換素子２２、分割された光を結像する結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂ、結像された像を撮像する撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂを備えている。
【００３２】
光路変換素子２２は、２つのプリズムが接触面１１上で連結された形態にて構成されており、接触面１１、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂ以外に、反射光をプリズムの外へ出射するための出射面１３ａ、１３ｂを有している。
【００３３】
図１において、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとが接触面１１上で交わるように２つのプリズムが連結されているが、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとは離間していてもよい。つまり、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとの連結部は接触面１１上になくても良い。
【００３４】
光路変換素子２２、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂを形成するための材料は、光源１６からの光を透過できるものであればよく、特に限定されない。例えば、樹脂（例えば、アクリルまたはポリカーボネイトなど）またはガラスであることが好ましい。
【００３５】
被写体１０を照明するための光源１６を配置する位置は特に限定されないが、例えば、光路変換素子２２の約１ｍｍ下側（接触面１１を介して、被写体の配置との反対側）の空間に配置されていることが好ましい。更に好ましくは、光源１６は、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとの間の空間内に配置されている。
【００３６】
光源１６から放射された光の一部は、光路変換素子２２を透過して、光路変換素子２２上に形成された接触面１１に照射される。接触面１１の上側には被写体１０が存在しており、前記接触面１１を介して被写体１０に光が照射される。光源１６からの光が被写体１０に照射され、当該光は、指紋などの凹凸によって散乱および反射し、散乱および反射した光（反射光）が接触面１１に照射される。この反射光の一部は、光路変換素子２２の内部を透過した後、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂによって反射（好ましくは、全反射）される。なお、図１では、被写体１０が接触面１１と離間して描かれているが、実際には被写体１０は接触面１１と接触している。
【００３７】
光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとは、角度θ１をなすように設けられている。この場合、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとは、角度θ３をなすように設けられている。なお、接触面１１と光路変換面１２ａとがなす角度と、接触面１１と光路変換面１２ｂとがなす角度とは同じであってもよく異なっていてもよいが、光路変換面１２ａ以降の光学設計と光路変換面１２ｂ以降の光学設計とを同じにすることによって光学式ポインティング装置１の光学設計を容易にするという観点からは、上記角度は同じであることが好ましい。
【００３８】
図１のように光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとが互いに垂直(θ１＝９０°、θ３＝４５°)となる形態にすれば、被写体１０によって散乱および反射された光は、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとによって、反射（好ましくは、全反射）され、１８０°反対方向の２つの光路ａおよび光路ｂへ分割される。この分割された光は、接触面に対して略平行な方向へ屈折している。
【００３９】
光路ａおよび光路ｂへ分割された光は、それぞれ光路変換素子２２の出射面１３ａおよび出射面１３ｂを介して、光路変換素子２２の内部から外部へ出る。光路ａおよび光路ｂに分割された光は、各々、レンズなどによって構成されている結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂによって、各々、撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂ上に像を結ぶ。
【００４０】
撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂの具体的な構成は、特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂またはポリカーボネイト樹脂を表面にモールドすることによって保護されている撮像素子であることが好ましい。
【００４１】
結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂの具体的な構成は特に限定されないが、図１で示したレンズの他にピンホールを用いることも可能である。ピンホールを用いる場合には、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂを非常に薄くすることができるため、光学式ポインティング装置１の小型化に有利である。一方、レンズを用いた場合には、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂは小さなサイズであっても、より多くの光を取り込むことができるので、撮像素子１５上で得られる像を明るくすることができる。
【００４２】
撮像素子１５ａ上および撮像素子１５ｂ上に結ばれた像は、撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂから、図示されないＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）内に画像データとして取り込まれた後、一つの画像へと合成される。
【００４３】
撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂの具体的な構成は特に限定されず、適宜、公知の構成を用いることが可能である。例えば、撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂは、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサーまたはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサー等のイメージセンサーであり得、被写体１０の像を一定の時間間隔にて撮像し続け、当該画像データは、例えばＤＳＰ内へ遂次データとして取り込まれる。
【００４４】
被写体１０が接触面１１上を移動した場合には、撮像された画像は直前に撮影したものとは、所定量だけずれた画像となる。画像中の同一部分のずれ量をＤＳＰにて比較することによって、被写体１０の移動量と移動方向とを判断することが可能となる。また、イメージセンサーでは、指先などの被写体１０の凹凸像が、ピクセルデータとしてＤＳＰ内へ取り込まれる。被写体１０の移動量および移動方向の判定は、ピクセルデータの数が多いほど認識精度が高くなり、１つのピクセルデータとして取り込まれる光量差が大きいほどＳ／Ｎ比が上がり認識精度が高くなる。
【００４５】
図１において各構成間の距離は特に限定されないが、例えば、接触面１１から光路変換面１２ａの中心までの距離、および、接触面１１から光路変換面１２ｂの中心までの距離は、約０．５ｍｍであることが好ましく、光路変換面１２ａの中心から射出面１３ａまでの距離、および、光路変換面１２ｂの中心から射出面１３ｂまでの距離は、約２．５ｍｍであることが好ましく、射出面１３ａから結像素子１４ａまでの距離、および、射出面１３ｂから結像素子１４ｂまでの距離は、約０．７ｍｍであることが好ましく、結像素子１４ａの曲率半径、および、結像素子１４ｂの曲率半径は、約０．６ｍｍであることが好ましい。
【００４６】
結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂの具体的な構成は特に限定されないが、例えば、直径約０．２ｍｍの球面レンズであって、光路ａまたは光路ｂに沿った方向への厚さが約２．４ｍｍである球面レンズであることが好ましい。
【００４７】
光学式ポインティング装置１の厚さは、光路変換素子２２の厚さによって制約されることは先に述べたが、本実施形態に用いられる光路変換素子２２の厚さ（換言すれば、接触面１１に対して垂直な方向への、光路変換素子２２の最大距離）は、約１．５ｍｍ〜約０．５ｍｍであることが好ましく、約１．０ｍｍ〜約０．７ｍｍであることが更に好ましく、約０．８ｍｍ〜約０．９ｍｍであることが最も好ましい。上記構成であれば、光学式ポインティング装置１の厚さを薄くすることができる。
【００４８】
例えば、光路変換素子２２の厚さが約０．８ｍｍ〜約０．９ｍｍである場合には、光学式ポインティング装置１の全体の厚さは、光路変換素子２２の厚さに対してセンサー基板、センサモールドおよびＤＳＰなどの厚さを加えて、約１．５ｍｍ〜約２ｍｍとなる。当該光学式ポインティング装置１の全体の厚さは、従来技術と比較して格段に薄いと言える。
【００４９】
図１では、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂの間の角度θ１は９０°で配置されており、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとの間の角度θ３は４５°で配置されている。この場合には、結像素子１４ａ、結像素子１４ｂ、撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂなどを同一軸上に配置できるため、光学式ポインティング装置１の組立性が向上するというメリットがある。
【００５０】
θ１＝９０°、θ３＝４５°とすれば、図２（ａ）に示すように、光源１６からの光は、経路Ｍに沿って進む。それ故に、若干ではあるが、接触面１１において、光が照射されないもしくは照射されていても光量が極めて少ない不感帯が生じる。この不感帯は、被写体１０の像がイメージセンサー領域に取り込まれる際に、イメージセンサーの中心付近に結像するため、イメージセンサーにおける像の認識精度が低下し、光学式ポインティング装置の操作性が低下する。なお、図２（ｂ）に、接触面１１に生じた不感帯の幅Ｘを示す。
【００５１】
図３に、第１実施形態の変形例１を示す。
【００５２】
図３に示すように、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとは、接触面１１上で連結する形態にて配置されている。
【００５３】
図３において、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度θ２は、９０°よりも大きく、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとがなす角度θ３は、４５°よりも小さい。光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度θ２が９０°よりも大きく、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとがなす角度θ３は、４５°よりも小さければ、光源１６から接触面１１へ到達する光の経路はＭ´となる（図４参照）。そして、図４と図２とに図示したように、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度θ２が９０°よりも大きく、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとなす角度θ３が４５°よりも小さければ、角度θ２が９０°（この時の角度θ３は４５°）の場合と比較して、不感帯を更に削減することができる。つまり、角度θ３が４５°よりも小さい角度となるように配置することによって、光源１６からの照射光の光軸を不感帯側に曲げることができ、被写体１０の検出エリアが不感帯側にシフトして、不感帯領域を削減することができる。
【００５４】
図４のように、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度θ２を９０°よりも大きくすれば、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂにて反射された、接触面１１からの光の光軸は同一軸上に存在しなくなるため、角度θ２が９０°である場合と比較して、光学式ポインティング装置１の組立性は悪くなる。しかしながら、接触面１１に対して照射される光の角度を制御することによって、接触面１１上の不感帯の面積を大幅に縮小できるので、イメージセンサー上での被写体１０の認識率を上昇させることができる。その結果、光学式ポインティング装置１の操作性を大きく改善することができる。
【００５５】
また、図２（ａ）および図４（ａ）に示したように、Ｙ＞Ｙ´である。つまり、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度を９０°よりも大きくすれば、角度が９０°である場合と比較して、光路変換素子２２の厚さを更に薄くすることができる。それ故に、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度を９０°よりも大きくすれば、被写体１０の撮像領域を広く確保したまま、光学式ポインティング装置１を更に薄型化することができる。
【００５６】
なお、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度θ２は、９０°よりも大きいことが好ましいが、より好ましくは９０°〜１１０°、さらに９０°〜１００°であることが特に好ましい。換言すれば、接触面１１と光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとが形成する角度θ３は、４５°より小さいことが好ましいが、より好ましくは３５°〜４５°、さらに４０°〜４５°であることが特に好ましい。この範囲内であれば、不感帯を小さくしつつ、かつ組立性を維持できるため、好ましい。
【００５７】
本実施形態において、図２では、Ｙ＝０．８３ｍｍであったのに対し、図４では、Ｙ´＝０．６８ｍｍとなり、厚さ方向に関して約０．１５ｍｍ薄くすることができる。このことは、光学式ポインティング装置１の全厚さを約１．５ｍｍとした場合に、本発明によって、光学式ポインティング装置１の全厚さを約１割薄くすることが可能であることを示している。
【００５８】
更に、図２（ｂ）および図４（ｂ）において、例えば、接触面１１の面積を約０．７５ｍｍ角であるとすれば、図２（ｂ）における不感帯の幅Ｘは０．２ｍｍであるのに対して、図４（ｂ）における不感帯の幅Ｘ´は０．１ｍｍとなる。つまり、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度を９０°よりも大きくすれば、不感帯の面積は、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度が９０°である場合の不感帯の面積の半分になる。その結果、結像素子を介して撮像素子上に結像される光の信号光量を増やすことができるとともに、光学式ポインティング装置１の操作性を更に改善することができる。
【００５９】
以上、本実施形態を実施するための一例を示したが、具体的に示した値は本実施形態を実施するための一例であって、光路変換面の形状の最適化、光路変換素子や結像素子を形成する材料を任意に変更することによって、更なる薄型化効果を実現することが可能であるとともに、不感帯の面積を削減することが可能である。
【００６０】
従来の光学式ポインティング装置では、接触面で散乱および反射された光は、被写体の像を、１つの光路変換面へ投影する。それ故に、従来の光学式ポインティング装置は、本発明と比較して１つの光路変換面へ照射される光の量が多くなる。したがって、従来の光学式ポインティング装置では、光路変換面のサイズ（換言すれば、面積）が大きい必要があり、その結果、光路変換面が垂直方向へ長くなる。従来の光学式ポインティング装置では、接触面上に十分な被写体検出エリアを確保するために、光路変換面を長く、すなわち光学式ポインティング装置の厚さを厚くせざるを得ず、光学式ポインティング装置の薄型化のメリットが損なわれ、携帯情報端末等の小型薄型化を競う装置への搭載に支障が出る。
【００６１】
イメージセンサーに取り込まれる被写体１０の像の面積を小さくすることも考えられるが、取り込まれる被写体の面積が小さくなると、被写体の特徴点を抽出することが難しくなり、イメージセンサーにおける被写体１０の認識精度が低くなる。イメージセンサーにおいて、凹凸が存在する被写体１０の認識精度を高く確保するためには、被写体の撮像面積は、例えば指紋であれば、凹凸模様２本分（約１ｍｍ）以上であることが望ましい。また、像の撮像面積を小さくすると、撮像素子上におけるピクセル数の減少、またはピクセルへ取り込まれる光量の減少をまねき、その結果、イメージセンサー上での像が暗くなるとともに、被写体１０の認識精度が低下する。
【００６２】
図５〜図８に光路変換素子２２の一例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００６３】
図５に、光路変換素子２２の一例を示す。図５に示す光路変換素子２２は、三角柱の形状をした２つのプリズム２２ａおよびプリズム２２ｂが連結されて構成されている。そして、２つのプリズムが連結されることによって接触面１１が形成されているとともに、２つのプリズムの連結部が接触面１１上に存在している。当該接触面１１の具体的な構成としては特に限定されないが、プリズム２２ａの一表面とプリズム２２ｂの一表面とが連結されて、１つの平面として接触面１１が形成されていることが好ましい。
【００６４】
図６に光学変換素子２２の別の一例を示す。図６に示す光路変換素子２２では、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂの端点が直接連結されているとともに、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂの連結部が接触面１１上に存在しない、１つの部材として一体成形されている。これによって、部品数を削減することができる。また、組立性を向上させることができるとともに、コストを低減させることができる。
【００６５】
図７は、図６に示す光路変換素子２２のＡ−Ａに沿った断面図である。図７に示すように、例えば、光路変換面１２ａ、光路変換面１２ｂおよび接触面１１が一体成形されている場合には、頂辺１２ｃ（上述した２つのプリズムの連結部に対応）と接触面１１とが離れた構成となり、頂辺１２ｃの周辺の機械的強度が強くなる。頂辺１２ｃと接触面１１との距離は特に限定されないが、３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることが更に好ましい。
【００６６】
図８は、図５〜図７に示す光路変換素子２２の変形例であって、図６のＡ−Ａに沿った断面に相当する。高い強度を必要としない用途や装置であれば、図８のように、光路変換素子２２が分割された状態にて形成されてもよい。この場合、光路変換面は、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとに分割され、接触面は接触面１１ａと接触面１１ｂとに分割されている。上記構成であれば、分割される各々の光のクロストークが低減され、信号のＳ／Ｎ比が良くなる。
【００６７】
図９に、第１実施形態の変形例２を示す。
【００６８】
図９に示す変形例では、図１または図３に示す構成とは異なり、結像素子１４ａと撮像素子１５ａとの間、および、結像素子１４ｂと撮像素子１５ｂとの間に、光路を折り曲げるための光路変換素子２７ａと光路変換素子２７ｂとが設けられている。
【００６９】
光路変換素子２７ａおよび光路変換素子２７ｂの具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知の構成を用いることができる。例えば、プリズムなどを用いることが可能である。
【００７０】
光路変換素子２７ａおよび光路変換素子２７ｂが折り曲げる光路の方向は特に限定されないが、光学式ポインティング装置１の厚さ方向に折り曲げることが好ましく、光学式ポインティング装置１の略垂直方向へ折り曲げることが更に好ましいといえる。上記構成によれば、撮像素子１５ａと撮像素子１５ｂとを同一平面上に配置できるため、撮像素子や配線を容易に設けることができる。
【００７１】
本発明の光学式ポインティング装置によれば、被写体からの散乱反射光の光路を、複数の光路変換面を有する光路変換素子によって分割するので、装置の薄型化を実現できる。さらに個々の光路変換面を小さく形成することができる。つまり、光路変換素子は、１つの大面積の光路変換面を備える必要がないので、光路変換素子を小さく形成することができる。光路変換素子の大きさは光学式ポインティング装置の厚さを決める重要な構成であるので、小さな光路変換素子を用いる本発明であれば、光学式ポインティング装置の薄型化および小型化を実現できる。
【００７２】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態について図１０を用いて説明する。なお、以下の実施形態において、上記第１実施形態と同一の機能および作用を示す部材については、同一の符号を付して、その説明を省略する。第２実施形態に関する理解を助けるために、図１０のＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄに沿った断面を、それぞれ図１１、１２、１３に示す。
【００７３】
第１実施形態では、分割された光路の数と同じ個数の撮像素子を使用したが、第２実施形態では分割された複数の光路を、第４光路変換素子３６（画像合成素子）を用いて一つの撮像素子に合成することができる。
【００７４】
図１０に示すように、第２実施形態の光学式ポインティング装置は、第１光路変換素子３２、第２光路変換素子３７ａ、第２光路変換素子３７ｂ、第４光路変換素子３６、第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂを備えている。各構成の配置は特に限定されないが、例えば、第１光路変換素子３２は、第２光路変換素子３７ａと第２光路変換素子３７ｂとの間に設けられていることが好ましく、第４光路変換素子３６は、第３光路変換素子３８ａと第３光路変換素子３８ｂとの間に用いられていることが好ましい。当該配置においては、更に、第１光路変換素子３２と第４光路変換素子３６とが対向するように配置され、第２光路変換素子３７ａと第３光路変換素子３８ａとが対向するように配置され、第２光路変換素子３７ｂと第３光路変換素子３８ｂとが対向するように配置されていることが好ましい。以下に、各構成について詳細に説明する。
【００７５】
被写体１０の像は、第１光路変換素子３２の上側の面である接触面１１から取り込まれる。なお、第１光路変換素子３２としては、上述した光路変換素子２２と同じ構成を用いることが可能である。
【００７６】
第１光路変換素子３２は、互いに垂直である二つの第１光路変換面４２ａおよび第１光路変換面４２ｂを有している。勿論、第１光路変換面４２ａと第１光路変換面４２ｂとは、９０°よりも大きい角度をなすように設けられることも可能である。
【００７７】
被写体１０が接触面１１と接する領域の像は、第１光路変換面４２ａおよび第１光路変換面４２ｂによって反射（好ましくは全反射）され、二つの異なる光路ａと光路ｂとに分割される。
【００７８】
第１光路変換面４２ａと第１光路変換面４２ｂとは、互いに９０°の角度をなすように配置されており、光路ａと光路ｂとに分割された光は、第１光路変換面４２ａまたは第１光路変換面４２ｂで反射された後、同じ光軸上を逆向きに離れる方向へ進む。
【００７９】
光路ａと光路ｂとに分割された光は、それぞれ第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂ中を進む。第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂは、それぞれ第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂ上に、第１光路変換素子３２上の接触面１１に対して対称に配置されている。そして、第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂによって、光路ａと光路ｂとに分割された光の進行方向が変えられる。
【００８０】
第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂは光の方向を変えることができる構成であればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、プリズムなどを用いることが可能であるが、これに限定されない。第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂの形状は特に限定されないが、例えば、柱状であることが好ましく、三角柱であることが更に好ましい。三角柱である場合には、その上面と下面とは、直角三角形の形状であることが更に好ましい。第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂの具体的な構成は特に限定されないが、例えば、光路ａおよび光路ｂが、４５°の入射角にて第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂに向かって入射できるように設けられていることが好ましい。上記構成によれば、光学式ポインティング装置１を小型化することができる。
【００８１】
第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂによって進行方向が変えられた光（換言すれば、光路ａおよび光路ｂ）は、それぞれ第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂ中を進む。第３光路変換面４８ａおよび第３光路変換面４８ｂは、それぞれ第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂ上に、撮像素子１５に対して対称に配置されている。そして、第３光路変換面４８ａおよび第３光路変換面４８ｂによって、光（換言すれば、光路ａおよび光路ｂ）の進行方向が変えられる。
【００８２】
光路ａと光路ｂとに分割された光は、それぞれ、第２光路変換面４７ａと第３光路変換面４８ａとにおける２回の反射、または、第２光路変換面４７ｂと第３光路変換面４８ｂとにおける２回の反射によって、同じ光軸上で向かい合う方向へ進むことになる。この向かい合った光路が交わる位置に、二つの光路を垂直方向に折り曲げる第４光路変換面４６ａおよび第４光路変換面４６ｂを有する第４光路変換素子３６を配置することによって、光路ａと光路ｂとに分割された光が、一つの撮像素子１５上に結像する。つまり、第４光路変換素子３６は、複数の光路に分割された光を一つの撮像素子に結像するための画像合成素子として機能する。
【００８３】
第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂは光の方向を変えることができる構成であればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、プリズムなどを用いることが可能であるが、これに限定されない。第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂの形状は特に限定されないが、例えば、柱状であることが好ましく、三角柱であることが更に好ましい。三角柱である場合には、その上面と下面とは、直角三角形の形状であることが更に好ましい。第３光路変換面４８ａおよび第３光路変換面４８ｂの具体的な構成は特に限定されないが、例えば、光路ａおよび光路ｂが、４５°の入射角にて第３光路変換面４８ａおよび第３光路変換面４８ｂに向かって入射できるように設けられていることが好ましい。上記構成によれば、光学式ポインティング装置１を小型化することができる。
【００８４】
第４光路変換素子３６の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、上述した光路変換素子２２と同じ構成を用いることが可能である。この場合、第４光路変換素子３６では、光路変換素子２２における接触面１１に相当する面上に撮像素子１５が設けられることが好ましい。
【００８５】
第４光路変換素子３６として第１光路変換素子３２と同じ構成を用いる場合には、第４光路変換素子３６と第１光路変換素子３２との配置様式は特に限定されない。例えば、図１０に示すように、第４光路変換素子３６と第１光路変換素子３２とを逆向きに配置することも可能であるし、第４光路変換素子３６と第１光路変換素子３２とを同じ向きに配置することも可能である。接触面１１と撮像素子１５とをできるだけ離して設ければ光学式ポインティング装置の構成をより薄型化することができるので、当該観点に基づけば、第４光路変換素子３６と第１光路変換素子３２とを逆向きに配置することが好ましいといえる。
【００８６】
第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂ上には、それぞれ結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂが設けられていることが好ましい。この場合、第３光路変換素子３８ａと結像素子１４ａとを一体成形し、第３光路変換素子３８ｂと結像素子１４ｂとを一体成形することが好ましい。結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂを設ける位置は特に限定されない。例えば、第３光路変換素子３８ａの表面であって、第２光路変換素子３７ａに対向する面の上に結像素子１４ａが設けられ、第３光路変換素子３８ｂの表面であって、第２光路変換素子３７ｂに対向する面の上に結像素子１４ｂを設けられていることが好ましい。上記構成であれば、複数の光路に分割された光を一つの像面に合成することができるので、撮像素子１５の数を減少させることができる（例えば、撮像素子１５の数を１つにすることができる）。
【００８７】
第２実施形態では二つの光路に分割された光は、一つの撮像素子１５上の異なる領域に結像する。
【００８８】
図１４の矢印よりも上の図面にて示すように、例えば、接触面１１上の被写体である英字「Ａ」が、本発明の光路変換素子によって上下二分割にて撮像された場合には、図１４の矢印よりも下の図面にて示すように、二つの反転した像として撮像素子１５上に結像される。
【００８９】
この場合には、光路ａを進む光が結像する領域と、光路ｂを進む光が結像する領域とに対して、それぞれ画像反転処理を行い、画像の向きを修正した後で被写体の動きを算出することが好ましい。
【００９０】
第２実施形態の構成によれば、複数の光路に分割された光を合成するための画像合成素子を用いることによって、１つの撮像素子による像の取り込みが可能となり、低コスト化を実現できる。
【００９１】
以上、主として、第１光路変換面４２ａと第１光路変換面４２ｂとの間の角度が９０°である場合について述べたが、２つの光路変換面の間の角度を９０°よりも大きくすることも勿論可能である。この場合には、２つの光路変換面の間の角度が９０°である場合と比較して、光学式ポインティング装置の組立性は低下するものの、光学式ポインティング装置をより薄型化できるとともに不感帯をより削減することができる。
【００９２】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態について、図１５〜図１７を用いて説明する。
【００９３】
本発明の光学式ポインティング装置を、電子機器に搭載する一部品として使用する場合には、接触面１１以外の光学素子が被写体１０と接触することを避けるために、本発明の光学式ポインティング装置にカバーを設けることが好ましい。このとき、当該カバーによって、光学式ポインティング装置の光学素子全体を覆うことが好ましい。この場合、図１５および図１６に示すカバー５０の裏面が、接触面として機能し得る。カバー５０の裏面は、被写体と直接接触することも可能であり、カバー５０の上に施されたコーティングを介して被写体と接触することも可能である。カバー５０の材質は特に限定されず、例えば、ＬＥＤ光源より放射される赤外光（波長８５０ｎｍ）を透過させ得る材質であり得る。
【００９４】
垂直方向の厚さが約１ｍｍ〜２ｍｍ程度である本発明の光学式ポインティング装置においては、カバーを設けることによる垂直方向の厚さの増加は無視することができない。そこで、第３実施形態では、カバーと第１光路変換素子とを一体化させることによって、光学式ポインティング装置全体の垂直方向の厚さを薄くすることを実現している。なお、図１５〜図１７では、第１光路変換素子３２のみならず第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂをもカバーとともに一体化させているが、本発明はこれに限定されない。第２光路変換素子とカバーとは必ずしも一体化させる必要はないが、接触面１１以外の光学素子が被写体１０と接触することを避けるためには、第１光路変換素子のみならず第２光路変換素子をもカバーとともに一体化させることが好ましいといえる。
【００９５】
図１５（ａ）は、第３実施形態の構成要素であるカバー５０の斜視図である。当該カバー５０は、例えば、第２実施形態における第１光路変換素子３２、第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂと一体化して形成されている。図１５（ｂ）は、第３実施形態の構成要素である光学部品６０の斜視図である。当該光学部品６０には、例えば、第２実施形態における第４光路変換素子３６、第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂが含まれている。
【００９６】
図１６は、カバー５０と光学部品６０とを組み立てたときの斜視図である。図１６のＥ−Ｅ、Ｆ−ＦおよびＧ−Ｇにおける断面を、それぞれ図１７（ａ）、図１７（ｂ）および図１７（ｃ）に示す。なお、図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は、図１６に示す構成を、上下逆転させた状態で示している。
【００９７】
被写体１０の散乱光は、接触面１１（図示せず）を透過した後、第１光路変換面４２ａおよび第１光路変換面４２ｂで反射（好ましくは全反射）され、第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂ上に設けられた第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂにて再び反射された後に空気中へ射出され、結像素子１４ａまたは結像素子１４ｂから光学部品６０内へ入射する。
【００９８】
光学部品６０に設けられた結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂによって集められた光は、第３光路変換面４８ａおよび第３光路変換面４８ｂによって、互いに向かい合う光となる。そして、当該光は、第４光路変換面４６ａおよび第４光路変換面４６ｂによって、光学式ポインティング装置の厚さ方向へ進行方向が変えられた後、撮像素子１５上に結像する。
【００９９】
図１５（ａ）に示すように、カバー５０は光学式ポインティング装置の光学素子全体を覆うように配置されている。さらにカバー５０の一部には、第１光路変換面４２ａおよび第１光路変換面４２ｂが設けられるとともに、第２実施形態の第１光路変換素子３２に相当する光学部品がカバー５０と一体化している。このような構成にすることによって、第２実施形態の第１光路変換素子３２の上にさらにカバー５０を配置する場合に比べて、光学式ポインティング装置の垂直方向の厚さを薄くすることができる。
【０１００】
第３実施形態ではさらに、カバー５０に第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂを設けることによって、第２実施形態の第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂに相当する光学部品をカバー５０と一体化している。上記構成によれば、部品数を削減できるので、光学式ポインティング装置の生産性を向上させることができる。
【０１０１】
図１５（ｂ）に示すように、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂと、第２実施形態の第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂに相当する光学部品と、第２実施形態の第４光路変換素子３６に相当する光学部品も一体化し、一つの光学部品６０を形成している。上記構成によれば、部品数を削減できるので、光学式ポインティング装置の生産性を向上させることができる。
【０１０２】
図１６に示すように、光学部品６０をカバー５０の内部に嵌め込むことによって、光学式ポインティング装置を位置精度良く組み立てることが可能である。なお、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂをカバー５０と一体化すれば、カバー内部に結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂのレンズ面が配置されるため、成型加工が非常に困難になるとともに、レンズ面の形状精度を十分に得ることができない。したがって、カバーと一体化するのは第２光路変換面を備える構成までとすることによって、カバーの形状が平面のみで構成でき、その結果、一体成形によるカバーの作製が可能となるとともに、コストの低減および製造性の改善を実現できる。
【０１０３】
結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂに関しては、光学部品６０と一体化することによって、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂを光学部品６０の外側の壁面上に設けることが可能となる。その結果、光学部品６０の成型が容易になるとともに、レンズ面の形状精度を十分に得ることができる。
【０１０４】
以上に説明したように、第３実施形態の構成によれば、光学式ポインティング装置にカバー５０を配置しながら、しかも、光学式ポインティング装置の垂直方向の厚さを薄くすることができる。また、部品数はカバー５０と光学部品６０との二つになるので、光学式ポインティング装置の組立工程を短縮化することが可能になるとともに、光学式ポインティング装置の生産性を向上させることが可能になる。また、カバー５０の内部に光学部品６０をはめ込むことで、特別な調整をすることなく光学部品６０を位置精度良く組み立てることができる。
【０１０５】
〔第４実施形態〕
第１実施形態〜第３実施形態では、光路変換素子２２または第１光路変換素子３２によって分割された光路ａと光路ｂとは、光路変換素子２２または第１光路変換素子３２に対して対称であったが、必ずしも対称である必要はない。また、光路の分割は２つに限定されない。
【０１０６】
第４実施形態では、光路を３分割する場合に関して説明するが本発明はこれに限定されない。光路を４つ以上に分割する場合も本発明に含まれる。なお、光路を４つ以上に分割する場合に用いられる、光路変換素子２２または第１光路変換素子３２に相当する構成は特に限定されず、例えば、光路を４つ以上に分割することができる公知のプリズムを用いることが可能である。
【０１０７】
第４実施形態では、光路変換素子５２の光路変換面の数を増やすことによって、被写体の像を結像素子や撮像素子の方向に反射する際に、１つの光路変換面によって反射される光の量が少なくなる。それ故に、光路変換素子５２を厚さ方向に短くすることができるため、薄型の光学式ポインティング装置が実現できる。
【０１０８】
図１８は、三角錐の形状を有する光路変換素子５２を用いて３つの光路へ光を分割する光学式ポインティング装置を示している。
【０１０９】
図示されない接触面上の被写体からの光は、光路変換素子５２へ散乱および反射される。三角錐の光路変換素子５２の表面上には反射膜（例えば、アルミなどで形成された金属製の反射膜）がスパッタ等で成膜されており、反射面である光路変換面６２ａ、光路変換面６２ｂおよび光路変換面６２ｃが形成されていることが好ましい。
【０１１０】
接触面上の被写体からの光は、光路変換素子５２によって光路ａ、光路ｂおよび光路ｃに三分割される。光路ａ、光路ｂおよび光路ｃに分割された光は、それぞれ各光路上に配置された結像素子１４ａ、結像素子１４ｂおよび結像素子１４ｃによって、各光路上に配置された撮像素子１５ａ、撮像素子１５ｂおよび撮像素子１５ｃ上に結像する。
【０１１１】
撮像素子上に結像された像は、図示されないＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）内に、各撮像素子からの画像データとして取り込まれた後、一つの画像へと合成される。
【０１１２】
撮像素子１５ａ、撮像素子１５ｂおよび撮像素子１５ｃの具体的な構成としては限定されないが、例えばＣＭＯＳセンサー、ＣＣＤセンサー等のイメージセンサーを用いることが可能であって、被写体の像を一定間隔で撮像し続け、遂次データとしてＤＳＰ内に取り込まれることになる。
【０１１３】
被写体が移動した場合には、撮像された画像は直前に撮影したものとは、所定量だけずれた画像となる。画像中の同一部分のずれ量をＤＳＰによって比較して、被写体の移動量と移動方向が判断される。
【０１１４】
〔第５実施形態〕
本発明の光学式ポインティング装置は、電子機器（例えば、携帯型電話機、電話機、スマートフォン、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯型電子書籍、小型ノートＰＣ、またはデジタルカメラなど）に搭載され得る。
【０１１５】
本実施形態の電子機器は、モニター側筐体、操作側筐体、マイク部、テンキー、モニター部、スピーカー部、および本発明の光学式ポインティング装置を備えていることが好ましい。本実施形態の電子機器では、光学式ポインティング装置は、テンキーの上部に配置されていることが好ましい。
【０１１６】
一般的に、携帯電話機などの電子機器の厚さを決定する部品は、マイク部、テンキー、および光学式ポインティング装置である。この中で、光学式ポインティング装置の厚さが最も厚く、光学式ポインティング装置の薄型化は、携帯型電話機の薄型化を実現する上で最も重要である。
【０１１７】
従来技術で達成できなかった薄型化と操作性の向上を両立させることが可能な本発明の光学式ポインティング装置は、携帯型電話機等の小型電子機器に好適に用いられ得る。
【０１１８】
なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲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】
【０１１９】
本発明の光学式ポインティング装置は、被写体の認識精度を低下させることなく、小型化および薄型化され得る。それ故に、薄型化や小型化が重要な意味を持つ電子機器（例えば、携帯型電話機、電話機、スマートフォン、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯型電子書籍、小型ノートＰＣ、またはデジタルカメラなど）に用いることができる。指紋認証システム等のスキャナー装置や、光入力インターフェイス全般に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 光学式ポインティング装置
１０ 被写体
１１ 接触面
１２ａ・１２ｂ 光路変換面
１２ｃ 頂辺
１３ａ、１３ｂ 出射面
１４ａ・１４ｂ・１４ｃ 結像素子
１５ａ・１５ｂ・１５ｃ 撮像素子
１６ 光源
２２・５２ 光路変換素子
２２ａ・２２ｂ プリズム
２７ａ・２７ｂ 光路変換素子
３２ 第１光路変換素子
３６ 第４光路変換素子
３７ａ・３７ｂ 第２光路変換素子
３８ａ・３８ｂ 第３光路変換素子
４２ａ・４２ｂ 第１光路変換面
４６ａ・４６ｂ 第４光路変換面
４７ａ・４７ｂ 第２光路変換面
４８ａ・４８ｂ 第３光路変換面
５０ カバー
６０ 光学部品
６２ａ・６２ｂ・６２ｃ 光路変換面
【技術分野】
【０００１】
本発明は入力装置に関し、より詳細には、携帯電話等の電子機器に搭載可能な光学式ポインティング装置および当該装置を搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの電子機器では、キーパッドを利用したユーザーインターフェースが用いられている。このようなキーパッドは、数字および文字を入力するための複数個のボタンと、方向ボタンとによって構成されている。
【０００３】
近年、ディスプレイの高性能化に伴って、電子機器においても、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を採用することが一般的になりつつある。このように、携帯情報端末等の電子機器の機能がコンピューターと類似して変化するのに伴って、電子機器の入力方法も、従来のメニューキーおよびその他の機能キーを方向キーとして用いることによって所望する機能の動作を行う方法では不便になりつつある。
【０００４】
それ故に、電子機器においても、コンピューターに用いられているようなマウスやタッチパッドのよう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りつつある。
【０００５】
ポインティング装置としては、装置に接触する被写体（例えば、指先など）の模様を撮像素子で観察しながら接触面の変化を抽出する、光学式ポインティング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この光学式ポインティング装置では、光源によって接触面を照明しながら、接触面の模様をレンズで撮像素子に結像させ、検出した模様の変化に基づいて指先の動きを入力信号に変換している。
【０００６】
また、接触面の直下に光路を折り曲げるための光路変換素子（例えば、プリズムなど）を配置し、光路を水平方向に折り曲げることで、光路を長く保ちながら光学式ポインティング装置の厚さを薄くする方法が提案されている（例えば、特許文献２および３参照）。この技術では光路を水平方向に折り曲げているために、たとえ光路を長くしたとしてもポインティング装置の厚さには影響しない。このため光路を長く取りながら薄い光学式ポインティング装置を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５２８５５４号公報（公表日：２００７年１０月１１日）
【特許文献２】特表２００８−５０７７８７号公報（公表日：２００８年３月１３日）
【特許文献３】特表２００８−５１０２４８号公報（公表日：２００８年４月３日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献では、光路変換素子を用いることにより、光路を長くとりながら薄い光学式ポインティング装置を実現しているが、接触面の全体の領域を撮像素子に結像する必要があるため、接触面の領域の広さに応じた厚さを確保する必要があり、薄い光学式ポインティング装置とするには限界があるという課題を有している。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的は、より薄く、しかも像の認識精度が高められた光学式ポインティング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学式ポインティング装置は、上記課題を解決するために、被写体と接する接触面と、前記接触面に向かって照射光を照射する光源と、前記接触面からの反射光を複数の光路へ分割するための複数の光路変換面を有する光路変換素子と、を備え、前記複数の光路変換面は、前記接触面との角度が４５°以下となるように設けられていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、光路変換面によって、接触面からの反射光を分割させることができる。その結果、光学式ポインティング装置の厚さを薄くすることができる。更に、上記構成によれば、接触面に向かう照射光が、光路変換素子内で進行方向を変える度合い（換言すれば、屈折する角度）を小さくすることができる。つまり、照射光は、光路変換素子内を小さな屈折角度にて進むので、接触面全体に対して、均一に光を照射することができる。その結果、不感帯を小さくすることができ、像の認識精度を高めることができる。
なお、前記複数の光路変換面は、前記接触面との角度が４５°よりも小さくなるように設けられていることが更に好ましい。
【００１２】
本発明の光学式ポインティング装置では、前記光路変換面同士が、９０°以上の角度をなすように設けられていることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、光路変換面によって、接触面からの反射光を分割させることができる。その結果、光学式ポインティング装置の厚さを薄くすることができるとともに、不感帯を小さくすることで、像の認識精度を高めることができる。
【００１４】
更に、上記構成によれば、より効果的に不感帯を小さくすることができる。なお、前記複数の光路変換面が、前記接触面との角度が４５°よりも小さくなるように設けられている場合には、当該光路変換面同士が、９０°よりも大きな角度をなすように設けられていることが更に好ましい。
【００１５】
本発明の光学式ポインティング装置では、前記光路変換面の数は、前記光路変換素子の数よりも多いことが好ましい。
【００１６】
複数の光路変換面を有する光路変換素子を用いることによって、部品数を削減することができるとともに、コスト削減を実現することができる。また、光路変換素子の位置合わせや組み立てを容易にできるばかりでなく、光学式ポインティング装置の小型化も実現できる。
【００１７】
本発明の光学式ポインティング装置は、撮像素子を更に備え、前記複数の光路へ分割された反射光を前記撮像素子へ合成するための画像合成素子を備えていることが好ましい。
分割された複数の光路は、複数の像を生成する。したがって、画像合成素子を備えることによって、分割された光路を再度一つに合成することができる。
【００１８】
本発明の光学式ポインティング装置では、前記複数の光路変換面の少なくとも１つは、前記接触面上において別の光路変換面と交わっていることが好ましい。
【００１９】
接触面と光路変換面との距離が小さくなるように、複数の光路変換面が接触面上で交わる（連結される）ことによって、光学式ポインティング装置の厚さを薄くすることができる。また、接触面と光路変換面との距離が小さければ、分割される各光路へのクロストークが低減され、信号のＳ／Ｎ比を良くすることができる。
【００２０】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、本発明の光学式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。
【００２１】
本発明の光学式ポインティング装置は薄いので、本発明の光学式ポインティング装置を備えた電子機器の厚さも薄くすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明であれば、光路変換素子によって被写体検出エリアを複数の領域に分割して撮像することによって、光学式ポインティング装置の厚さを薄くすることができる。
【００２３】
本発明であれば、光学式ポインティング装置の不感帯を狭くすることができる。それゆえイメージセンサーにおける像の認識精度を上げることができる。
【００２４】
本発明であれば、光路変換素子の角度を適切に設定することによって、不感帯を狭くすることができる。これによって、被写体に光を有効に照射することができ、被写体の照度が均一な領域を拡大することができる。そして、イメージセンサーにおける像の認識精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の光学式ポインティング装置の第１実施形態を示した断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、図１に示す光学式ポインティング装置の接触面における照度の分布を示す概念図である。
【図３】本発明の光学式ポインティング装置の第１実施形態の変形例を示した断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、図３に示す光学式ポインティング装置の接触面における照度の分布を示す概念図である。
【図５】本発明の光学式ポインティング装置に用いる光路変換素子の一例を示した斜視図である。
【図６】本発明の光学式ポインティング装置に用いる光路変換素子の一例を示した斜視図である。
【図７】図６の光路変換素子のＡ−Ａに沿った断面図の一例である。
【図８】図６の光路変換素子のＡ−Ａに沿った断面図の一例である。
【図９】本発明の光学式ポインティング装置の第１実施形態の変形例を示した断面図である。
【図１０】本発明の光学式ポインティング装置の第２実施形態を示した斜視図である。
【図１１】図１０に示す光学式ポインティング装置のＢ−Ｂに沿った断面図である。
【図１２】図１０に示す光学式ポインティング装置のＣ−Ｃに沿った断面図である。
【図１３】図１０に示す光学式ポインティング装置のＤ−Ｄに沿った断面図である。
【図１４】第２実施形態の光学式ポインティング装置にて得られる像を示した模式図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）本発明の光学式ポインティング装置の第３実施形態における、光学部品を組み立てる前の各構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の光学式ポインティング装置の第３実施形態における、光学部品を組み立てた後の各構成を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）は、図１６に示す光学式ポインティング装置のＥ−Ｅに沿った断面図であり、（ｂ）は、図１６に示す光学式ポインティング装置のＦ−Ｆに沿った断面図であり、（ｃ）は、図１６に示す光学式ポインティング装置のＧ−Ｇに沿った断面図である。
【図１８】本発明の光学式ポインティング装置の第４実施形態を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明者らは、光学式ポインティング装置を小型化および／または薄型化する方法を検討している過程で、接触面に光が照射されないために生じる、または照射されていても光量が極めて少ないために生じる不感帯が、イメージセンサーなどによる像の認識精度を低下させるという問題があることを独自に見出した。
【００２７】
この課題に対して、本発明者らは鋭意検討した結果、特定の光路変換素子（後述する、光路変換素子２２、３２および５２）上に設けられた光路変換面と、接触面とがなす角度を調節することによって、不感帯を小さくすることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。なお、本発明であれば、不感帯を小さくすることができるのみならず、光学式ポインティング装置の厚さを薄くすることも可能である。まず、図２（ａ）および図２（ｂ）を用いて、不感帯の一例について説明する。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、光源１６、光路変換素子２２、被写体１０の順で配置すると、光路変換素子２２を介して、光源１６から被写体１０へ光を照射することになる。この場合、光源１６からの照射光は、光路変換素子２２によって屈折してしまい、その進行方向が変わる。図２（ａ）では、図の装置の外側へ屈折している。光路変換素子２２の上面が接触面１１として機能するが、照射光の進行方向が変わるため、接触面１１の中央部に光が照射されない領域、または、照射されていても極めて少ない光しか照射されない領域が生じる。図２（ｂ）は接触面１１を上部から見た図であるが、この図中、Ｘにて示される領域が当該領域であり、本発明では当該領域を不感帯とよぶ。本発明であれば、不感帯を小さくすることができるので、その結果、イメージセンサーにおける像の認識精度を上げることができる。
【００２９】
以下、本発明の光学式ポインティング装置の一実施形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、指紋認証システム等のスキャナー装置、および、光入力インターフェイス全般に適用可能である。
【００３０】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態の光学式ポインティング装置の断面図である。
【００３１】
本実施形態の光学式ポインティング装置１は、被写体１０（例えば、指先など）と接する接触面１１、接触面１１に向かって光（照射光）を照射する光源１６（例えば、ＬＥＤ光源）、被写体１０にて散乱されて接触面１１を介して自身へ入射する光（反射光）を所定の方向の複数の光路へ分割するための光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂを有する光路変換素子２２、分割された光を結像する結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂ、結像された像を撮像する撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂを備えている。
【００３２】
光路変換素子２２は、２つのプリズムが接触面１１上で連結された形態にて構成されており、接触面１１、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂ以外に、反射光をプリズムの外へ出射するための出射面１３ａ、１３ｂを有している。
【００３３】
図１において、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとが接触面１１上で交わるように２つのプリズムが連結されているが、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとは離間していてもよい。つまり、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとの連結部は接触面１１上になくても良い。
【００３４】
光路変換素子２２、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂを形成するための材料は、光源１６からの光を透過できるものであればよく、特に限定されない。例えば、樹脂（例えば、アクリルまたはポリカーボネイトなど）またはガラスであることが好ましい。
【００３５】
被写体１０を照明するための光源１６を配置する位置は特に限定されないが、例えば、光路変換素子２２の約１ｍｍ下側（接触面１１を介して、被写体の配置との反対側）の空間に配置されていることが好ましい。更に好ましくは、光源１６は、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとの間の空間内に配置されている。
【００３６】
光源１６から放射された光の一部は、光路変換素子２２を透過して、光路変換素子２２上に形成された接触面１１に照射される。接触面１１の上側には被写体１０が存在しており、前記接触面１１を介して被写体１０に光が照射される。光源１６からの光が被写体１０に照射され、当該光は、指紋などの凹凸によって散乱および反射し、散乱および反射した光（反射光）が接触面１１に照射される。この反射光の一部は、光路変換素子２２の内部を透過した後、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂによって反射（好ましくは、全反射）される。なお、図１では、被写体１０が接触面１１と離間して描かれているが、実際には被写体１０は接触面１１と接触している。
【００３７】
光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとは、角度θ１をなすように設けられている。この場合、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとは、角度θ３をなすように設けられている。なお、接触面１１と光路変換面１２ａとがなす角度と、接触面１１と光路変換面１２ｂとがなす角度とは同じであってもよく異なっていてもよいが、光路変換面１２ａ以降の光学設計と光路変換面１２ｂ以降の光学設計とを同じにすることによって光学式ポインティング装置１の光学設計を容易にするという観点からは、上記角度は同じであることが好ましい。
【００３８】
図１のように光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとが互いに垂直(θ１＝９０°、θ３＝４５°)となる形態にすれば、被写体１０によって散乱および反射された光は、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとによって、反射（好ましくは、全反射）され、１８０°反対方向の２つの光路ａおよび光路ｂへ分割される。この分割された光は、接触面に対して略平行な方向へ屈折している。
【００３９】
光路ａおよび光路ｂへ分割された光は、それぞれ光路変換素子２２の出射面１３ａおよび出射面１３ｂを介して、光路変換素子２２の内部から外部へ出る。光路ａおよび光路ｂに分割された光は、各々、レンズなどによって構成されている結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂによって、各々、撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂ上に像を結ぶ。
【００４０】
撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂの具体的な構成は、特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂またはポリカーボネイト樹脂を表面にモールドすることによって保護されている撮像素子であることが好ましい。
【００４１】
結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂの具体的な構成は特に限定されないが、図１で示したレンズの他にピンホールを用いることも可能である。ピンホールを用いる場合には、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂを非常に薄くすることができるため、光学式ポインティング装置１の小型化に有利である。一方、レンズを用いた場合には、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂは小さなサイズであっても、より多くの光を取り込むことができるので、撮像素子１５上で得られる像を明るくすることができる。
【００４２】
撮像素子１５ａ上および撮像素子１５ｂ上に結ばれた像は、撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂから、図示されないＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）内に画像データとして取り込まれた後、一つの画像へと合成される。
【００４３】
撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂの具体的な構成は特に限定されず、適宜、公知の構成を用いることが可能である。例えば、撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂは、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサーまたはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサー等のイメージセンサーであり得、被写体１０の像を一定の時間間隔にて撮像し続け、当該画像データは、例えばＤＳＰ内へ遂次データとして取り込まれる。
【００４４】
被写体１０が接触面１１上を移動した場合には、撮像された画像は直前に撮影したものとは、所定量だけずれた画像となる。画像中の同一部分のずれ量をＤＳＰにて比較することによって、被写体１０の移動量と移動方向とを判断することが可能となる。また、イメージセンサーでは、指先などの被写体１０の凹凸像が、ピクセルデータとしてＤＳＰ内へ取り込まれる。被写体１０の移動量および移動方向の判定は、ピクセルデータの数が多いほど認識精度が高くなり、１つのピクセルデータとして取り込まれる光量差が大きいほどＳ／Ｎ比が上がり認識精度が高くなる。
【００４５】
図１において各構成間の距離は特に限定されないが、例えば、接触面１１から光路変換面１２ａの中心までの距離、および、接触面１１から光路変換面１２ｂの中心までの距離は、約０．５ｍｍであることが好ましく、光路変換面１２ａの中心から射出面１３ａまでの距離、および、光路変換面１２ｂの中心から射出面１３ｂまでの距離は、約２．５ｍｍであることが好ましく、射出面１３ａから結像素子１４ａまでの距離、および、射出面１３ｂから結像素子１４ｂまでの距離は、約０．７ｍｍであることが好ましく、結像素子１４ａの曲率半径、および、結像素子１４ｂの曲率半径は、約０．６ｍｍであることが好ましい。
【００４６】
結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂの具体的な構成は特に限定されないが、例えば、直径約０．２ｍｍの球面レンズであって、光路ａまたは光路ｂに沿った方向への厚さが約２．４ｍｍである球面レンズであることが好ましい。
【００４７】
光学式ポインティング装置１の厚さは、光路変換素子２２の厚さによって制約されることは先に述べたが、本実施形態に用いられる光路変換素子２２の厚さ（換言すれば、接触面１１に対して垂直な方向への、光路変換素子２２の最大距離）は、約１．５ｍｍ〜約０．５ｍｍであることが好ましく、約１．０ｍｍ〜約０．７ｍｍであることが更に好ましく、約０．８ｍｍ〜約０．９ｍｍであることが最も好ましい。上記構成であれば、光学式ポインティング装置１の厚さを薄くすることができる。
【００４８】
例えば、光路変換素子２２の厚さが約０．８ｍｍ〜約０．９ｍｍである場合には、光学式ポインティング装置１の全体の厚さは、光路変換素子２２の厚さに対してセンサー基板、センサモールドおよびＤＳＰなどの厚さを加えて、約１．５ｍｍ〜約２ｍｍとなる。当該光学式ポインティング装置１の全体の厚さは、従来技術と比較して格段に薄いと言える。
【００４９】
図１では、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂの間の角度θ１は９０°で配置されており、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとの間の角度θ３は４５°で配置されている。この場合には、結像素子１４ａ、結像素子１４ｂ、撮像素子１５ａおよび撮像素子１５ｂなどを同一軸上に配置できるため、光学式ポインティング装置１の組立性が向上するというメリットがある。
【００５０】
θ１＝９０°、θ３＝４５°とすれば、図２（ａ）に示すように、光源１６からの光は、経路Ｍに沿って進む。それ故に、若干ではあるが、接触面１１において、光が照射されないもしくは照射されていても光量が極めて少ない不感帯が生じる。この不感帯は、被写体１０の像がイメージセンサー領域に取り込まれる際に、イメージセンサーの中心付近に結像するため、イメージセンサーにおける像の認識精度が低下し、光学式ポインティング装置の操作性が低下する。なお、図２（ｂ）に、接触面１１に生じた不感帯の幅Ｘを示す。
【００５１】
図３に、第１実施形態の変形例１を示す。
【００５２】
図３に示すように、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとは、接触面１１上で連結する形態にて配置されている。
【００５３】
図３において、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度θ２は、９０°よりも大きく、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとがなす角度θ３は、４５°よりも小さい。光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度θ２が９０°よりも大きく、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとがなす角度θ３は、４５°よりも小さければ、光源１６から接触面１１へ到達する光の経路はＭ´となる（図４参照）。そして、図４と図２とに図示したように、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度θ２が９０°よりも大きく、接触面１１と、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとなす角度θ３が４５°よりも小さければ、角度θ２が９０°（この時の角度θ３は４５°）の場合と比較して、不感帯を更に削減することができる。つまり、角度θ３が４５°よりも小さい角度となるように配置することによって、光源１６からの照射光の光軸を不感帯側に曲げることができ、被写体１０の検出エリアが不感帯側にシフトして、不感帯領域を削減することができる。
【００５４】
図４のように、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度θ２を９０°よりも大きくすれば、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂにて反射された、接触面１１からの光の光軸は同一軸上に存在しなくなるため、角度θ２が９０°である場合と比較して、光学式ポインティング装置１の組立性は悪くなる。しかしながら、接触面１１に対して照射される光の角度を制御することによって、接触面１１上の不感帯の面積を大幅に縮小できるので、イメージセンサー上での被写体１０の認識率を上昇させることができる。その結果、光学式ポインティング装置１の操作性を大きく改善することができる。
【００５５】
また、図２（ａ）および図４（ａ）に示したように、Ｙ＞Ｙ´である。つまり、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度を９０°よりも大きくすれば、角度が９０°である場合と比較して、光路変換素子２２の厚さを更に薄くすることができる。それ故に、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度を９０°よりも大きくすれば、被写体１０の撮像領域を広く確保したまま、光学式ポインティング装置１を更に薄型化することができる。
【００５６】
なお、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度θ２は、９０°よりも大きいことが好ましいが、より好ましくは９０°〜１１０°、さらに９０°〜１００°であることが特に好ましい。換言すれば、接触面１１と光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂとが形成する角度θ３は、４５°より小さいことが好ましいが、より好ましくは３５°〜４５°、さらに４０°〜４５°であることが特に好ましい。この範囲内であれば、不感帯を小さくしつつ、かつ組立性を維持できるため、好ましい。
【００５７】
本実施形態において、図２では、Ｙ＝０．８３ｍｍであったのに対し、図４では、Ｙ´＝０．６８ｍｍとなり、厚さ方向に関して約０．１５ｍｍ薄くすることができる。このことは、光学式ポインティング装置１の全厚さを約１．５ｍｍとした場合に、本発明によって、光学式ポインティング装置１の全厚さを約１割薄くすることが可能であることを示している。
【００５８】
更に、図２（ｂ）および図４（ｂ）において、例えば、接触面１１の面積を約０．７５ｍｍ角であるとすれば、図２（ｂ）における不感帯の幅Ｘは０．２ｍｍであるのに対して、図４（ｂ）における不感帯の幅Ｘ´は０．１ｍｍとなる。つまり、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度を９０°よりも大きくすれば、不感帯の面積は、光路変換面１２ａおよび光路変換面１２ｂがなす角度が９０°である場合の不感帯の面積の半分になる。その結果、結像素子を介して撮像素子上に結像される光の信号光量を増やすことができるとともに、光学式ポインティング装置１の操作性を更に改善することができる。
【００５９】
以上、本実施形態を実施するための一例を示したが、具体的に示した値は本実施形態を実施するための一例であって、光路変換面の形状の最適化、光路変換素子や結像素子を形成する材料を任意に変更することによって、更なる薄型化効果を実現することが可能であるとともに、不感帯の面積を削減することが可能である。
【００６０】
従来の光学式ポインティング装置では、接触面で散乱および反射された光は、被写体の像を、１つの光路変換面へ投影する。それ故に、従来の光学式ポインティング装置は、本発明と比較して１つの光路変換面へ照射される光の量が多くなる。したがって、従来の光学式ポインティング装置では、光路変換面のサイズ（換言すれば、面積）が大きい必要があり、その結果、光路変換面が垂直方向へ長くなる。従来の光学式ポインティング装置では、接触面上に十分な被写体検出エリアを確保するために、光路変換面を長く、すなわち光学式ポインティング装置の厚さを厚くせざるを得ず、光学式ポインティング装置の薄型化のメリットが損なわれ、携帯情報端末等の小型薄型化を競う装置への搭載に支障が出る。
【００６１】
イメージセンサーに取り込まれる被写体１０の像の面積を小さくすることも考えられるが、取り込まれる被写体の面積が小さくなると、被写体の特徴点を抽出することが難しくなり、イメージセンサーにおける被写体１０の認識精度が低くなる。イメージセンサーにおいて、凹凸が存在する被写体１０の認識精度を高く確保するためには、被写体の撮像面積は、例えば指紋であれば、凹凸模様２本分（約１ｍｍ）以上であることが望ましい。また、像の撮像面積を小さくすると、撮像素子上におけるピクセル数の減少、またはピクセルへ取り込まれる光量の減少をまねき、その結果、イメージセンサー上での像が暗くなるとともに、被写体１０の認識精度が低下する。
【００６２】
図５〜図８に光路変換素子２２の一例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００６３】
図５に、光路変換素子２２の一例を示す。図５に示す光路変換素子２２は、三角柱の形状をした２つのプリズム２２ａおよびプリズム２２ｂが連結されて構成されている。そして、２つのプリズムが連結されることによって接触面１１が形成されているとともに、２つのプリズムの連結部が接触面１１上に存在している。当該接触面１１の具体的な構成としては特に限定されないが、プリズム２２ａの一表面とプリズム２２ｂの一表面とが連結されて、１つの平面として接触面１１が形成されていることが好ましい。
【００６４】
図６に光学変換素子２２の別の一例を示す。図６に示す光路変換素子２２では、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂの端点が直接連結されているとともに、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂの連結部が接触面１１上に存在しない、１つの部材として一体成形されている。これによって、部品数を削減することができる。また、組立性を向上させることができるとともに、コストを低減させることができる。
【００６５】
図７は、図６に示す光路変換素子２２のＡ−Ａに沿った断面図である。図７に示すように、例えば、光路変換面１２ａ、光路変換面１２ｂおよび接触面１１が一体成形されている場合には、頂辺１２ｃ（上述した２つのプリズムの連結部に対応）と接触面１１とが離れた構成となり、頂辺１２ｃの周辺の機械的強度が強くなる。頂辺１２ｃと接触面１１との距離は特に限定されないが、３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることが更に好ましい。
【００６６】
図８は、図５〜図７に示す光路変換素子２２の変形例であって、図６のＡ−Ａに沿った断面に相当する。高い強度を必要としない用途や装置であれば、図８のように、光路変換素子２２が分割された状態にて形成されてもよい。この場合、光路変換面は、光路変換面１２ａと光路変換面１２ｂとに分割され、接触面は接触面１１ａと接触面１１ｂとに分割されている。上記構成であれば、分割される各々の光のクロストークが低減され、信号のＳ／Ｎ比が良くなる。
【００６７】
図９に、第１実施形態の変形例２を示す。
【００６８】
図９に示す変形例では、図１または図３に示す構成とは異なり、結像素子１４ａと撮像素子１５ａとの間、および、結像素子１４ｂと撮像素子１５ｂとの間に、光路を折り曲げるための光路変換素子２７ａと光路変換素子２７ｂとが設けられている。
【００６９】
光路変換素子２７ａおよび光路変換素子２７ｂの具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知の構成を用いることができる。例えば、プリズムなどを用いることが可能である。
【００７０】
光路変換素子２７ａおよび光路変換素子２７ｂが折り曲げる光路の方向は特に限定されないが、光学式ポインティング装置１の厚さ方向に折り曲げることが好ましく、光学式ポインティング装置１の略垂直方向へ折り曲げることが更に好ましいといえる。上記構成によれば、撮像素子１５ａと撮像素子１５ｂとを同一平面上に配置できるため、撮像素子や配線を容易に設けることができる。
【００７１】
本発明の光学式ポインティング装置によれば、被写体からの散乱反射光の光路を、複数の光路変換面を有する光路変換素子によって分割するので、装置の薄型化を実現できる。さらに個々の光路変換面を小さく形成することができる。つまり、光路変換素子は、１つの大面積の光路変換面を備える必要がないので、光路変換素子を小さく形成することができる。光路変換素子の大きさは光学式ポインティング装置の厚さを決める重要な構成であるので、小さな光路変換素子を用いる本発明であれば、光学式ポインティング装置の薄型化および小型化を実現できる。
【００７２】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態について図１０を用いて説明する。なお、以下の実施形態において、上記第１実施形態と同一の機能および作用を示す部材については、同一の符号を付して、その説明を省略する。第２実施形態に関する理解を助けるために、図１０のＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄに沿った断面を、それぞれ図１１、１２、１３に示す。
【００７３】
第１実施形態では、分割された光路の数と同じ個数の撮像素子を使用したが、第２実施形態では分割された複数の光路を、第４光路変換素子３６（画像合成素子）を用いて一つの撮像素子に合成することができる。
【００７４】
図１０に示すように、第２実施形態の光学式ポインティング装置は、第１光路変換素子３２、第２光路変換素子３７ａ、第２光路変換素子３７ｂ、第４光路変換素子３６、第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂを備えている。各構成の配置は特に限定されないが、例えば、第１光路変換素子３２は、第２光路変換素子３７ａと第２光路変換素子３７ｂとの間に設けられていることが好ましく、第４光路変換素子３６は、第３光路変換素子３８ａと第３光路変換素子３８ｂとの間に用いられていることが好ましい。当該配置においては、更に、第１光路変換素子３２と第４光路変換素子３６とが対向するように配置され、第２光路変換素子３７ａと第３光路変換素子３８ａとが対向するように配置され、第２光路変換素子３７ｂと第３光路変換素子３８ｂとが対向するように配置されていることが好ましい。以下に、各構成について詳細に説明する。
【００７５】
被写体１０の像は、第１光路変換素子３２の上側の面である接触面１１から取り込まれる。なお、第１光路変換素子３２としては、上述した光路変換素子２２と同じ構成を用いることが可能である。
【００７６】
第１光路変換素子３２は、互いに垂直である二つの第１光路変換面４２ａおよび第１光路変換面４２ｂを有している。勿論、第１光路変換面４２ａと第１光路変換面４２ｂとは、９０°よりも大きい角度をなすように設けられることも可能である。
【００７７】
被写体１０が接触面１１と接する領域の像は、第１光路変換面４２ａおよび第１光路変換面４２ｂによって反射（好ましくは全反射）され、二つの異なる光路ａと光路ｂとに分割される。
【００７８】
第１光路変換面４２ａと第１光路変換面４２ｂとは、互いに９０°の角度をなすように配置されており、光路ａと光路ｂとに分割された光は、第１光路変換面４２ａまたは第１光路変換面４２ｂで反射された後、同じ光軸上を逆向きに離れる方向へ進む。
【００７９】
光路ａと光路ｂとに分割された光は、それぞれ第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂ中を進む。第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂは、それぞれ第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂ上に、第１光路変換素子３２上の接触面１１に対して対称に配置されている。そして、第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂによって、光路ａと光路ｂとに分割された光の進行方向が変えられる。
【００８０】
第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂは光の方向を変えることができる構成であればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、プリズムなどを用いることが可能であるが、これに限定されない。第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂの形状は特に限定されないが、例えば、柱状であることが好ましく、三角柱であることが更に好ましい。三角柱である場合には、その上面と下面とは、直角三角形の形状であることが更に好ましい。第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂの具体的な構成は特に限定されないが、例えば、光路ａおよび光路ｂが、４５°の入射角にて第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂに向かって入射できるように設けられていることが好ましい。上記構成によれば、光学式ポインティング装置１を小型化することができる。
【００８１】
第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂによって進行方向が変えられた光（換言すれば、光路ａおよび光路ｂ）は、それぞれ第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂ中を進む。第３光路変換面４８ａおよび第３光路変換面４８ｂは、それぞれ第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂ上に、撮像素子１５に対して対称に配置されている。そして、第３光路変換面４８ａおよび第３光路変換面４８ｂによって、光（換言すれば、光路ａおよび光路ｂ）の進行方向が変えられる。
【００８２】
光路ａと光路ｂとに分割された光は、それぞれ、第２光路変換面４７ａと第３光路変換面４８ａとにおける２回の反射、または、第２光路変換面４７ｂと第３光路変換面４８ｂとにおける２回の反射によって、同じ光軸上で向かい合う方向へ進むことになる。この向かい合った光路が交わる位置に、二つの光路を垂直方向に折り曲げる第４光路変換面４６ａおよび第４光路変換面４６ｂを有する第４光路変換素子３６を配置することによって、光路ａと光路ｂとに分割された光が、一つの撮像素子１５上に結像する。つまり、第４光路変換素子３６は、複数の光路に分割された光を一つの撮像素子に結像するための画像合成素子として機能する。
【００８３】
第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂは光の方向を変えることができる構成であればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、プリズムなどを用いることが可能であるが、これに限定されない。第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂの形状は特に限定されないが、例えば、柱状であることが好ましく、三角柱であることが更に好ましい。三角柱である場合には、その上面と下面とは、直角三角形の形状であることが更に好ましい。第３光路変換面４８ａおよび第３光路変換面４８ｂの具体的な構成は特に限定されないが、例えば、光路ａおよび光路ｂが、４５°の入射角にて第３光路変換面４８ａおよび第３光路変換面４８ｂに向かって入射できるように設けられていることが好ましい。上記構成によれば、光学式ポインティング装置１を小型化することができる。
【００８４】
第４光路変換素子３６の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、上述した光路変換素子２２と同じ構成を用いることが可能である。この場合、第４光路変換素子３６では、光路変換素子２２における接触面１１に相当する面上に撮像素子１５が設けられることが好ましい。
【００８５】
第４光路変換素子３６として第１光路変換素子３２と同じ構成を用いる場合には、第４光路変換素子３６と第１光路変換素子３２との配置様式は特に限定されない。例えば、図１０に示すように、第４光路変換素子３６と第１光路変換素子３２とを逆向きに配置することも可能であるし、第４光路変換素子３６と第１光路変換素子３２とを同じ向きに配置することも可能である。接触面１１と撮像素子１５とをできるだけ離して設ければ光学式ポインティング装置の構成をより薄型化することができるので、当該観点に基づけば、第４光路変換素子３６と第１光路変換素子３２とを逆向きに配置することが好ましいといえる。
【００８６】
第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂ上には、それぞれ結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂが設けられていることが好ましい。この場合、第３光路変換素子３８ａと結像素子１４ａとを一体成形し、第３光路変換素子３８ｂと結像素子１４ｂとを一体成形することが好ましい。結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂを設ける位置は特に限定されない。例えば、第３光路変換素子３８ａの表面であって、第２光路変換素子３７ａに対向する面の上に結像素子１４ａが設けられ、第３光路変換素子３８ｂの表面であって、第２光路変換素子３７ｂに対向する面の上に結像素子１４ｂを設けられていることが好ましい。上記構成であれば、複数の光路に分割された光を一つの像面に合成することができるので、撮像素子１５の数を減少させることができる（例えば、撮像素子１５の数を１つにすることができる）。
【００８７】
第２実施形態では二つの光路に分割された光は、一つの撮像素子１５上の異なる領域に結像する。
【００８８】
図１４の矢印よりも上の図面にて示すように、例えば、接触面１１上の被写体である英字「Ａ」が、本発明の光路変換素子によって上下二分割にて撮像された場合には、図１４の矢印よりも下の図面にて示すように、二つの反転した像として撮像素子１５上に結像される。
【００８９】
この場合には、光路ａを進む光が結像する領域と、光路ｂを進む光が結像する領域とに対して、それぞれ画像反転処理を行い、画像の向きを修正した後で被写体の動きを算出することが好ましい。
【００９０】
第２実施形態の構成によれば、複数の光路に分割された光を合成するための画像合成素子を用いることによって、１つの撮像素子による像の取り込みが可能となり、低コスト化を実現できる。
【００９１】
以上、主として、第１光路変換面４２ａと第１光路変換面４２ｂとの間の角度が９０°である場合について述べたが、２つの光路変換面の間の角度を９０°よりも大きくすることも勿論可能である。この場合には、２つの光路変換面の間の角度が９０°である場合と比較して、光学式ポインティング装置の組立性は低下するものの、光学式ポインティング装置をより薄型化できるとともに不感帯をより削減することができる。
【００９２】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態について、図１５〜図１７を用いて説明する。
【００９３】
本発明の光学式ポインティング装置を、電子機器に搭載する一部品として使用する場合には、接触面１１以外の光学素子が被写体１０と接触することを避けるために、本発明の光学式ポインティング装置にカバーを設けることが好ましい。このとき、当該カバーによって、光学式ポインティング装置の光学素子全体を覆うことが好ましい。この場合、図１５および図１６に示すカバー５０の裏面が、接触面として機能し得る。カバー５０の裏面は、被写体と直接接触することも可能であり、カバー５０の上に施されたコーティングを介して被写体と接触することも可能である。カバー５０の材質は特に限定されず、例えば、ＬＥＤ光源より放射される赤外光（波長８５０ｎｍ）を透過させ得る材質であり得る。
【００９４】
垂直方向の厚さが約１ｍｍ〜２ｍｍ程度である本発明の光学式ポインティング装置においては、カバーを設けることによる垂直方向の厚さの増加は無視することができない。そこで、第３実施形態では、カバーと第１光路変換素子とを一体化させることによって、光学式ポインティング装置全体の垂直方向の厚さを薄くすることを実現している。なお、図１５〜図１７では、第１光路変換素子３２のみならず第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂをもカバーとともに一体化させているが、本発明はこれに限定されない。第２光路変換素子とカバーとは必ずしも一体化させる必要はないが、接触面１１以外の光学素子が被写体１０と接触することを避けるためには、第１光路変換素子のみならず第２光路変換素子をもカバーとともに一体化させることが好ましいといえる。
【００９５】
図１５（ａ）は、第３実施形態の構成要素であるカバー５０の斜視図である。当該カバー５０は、例えば、第２実施形態における第１光路変換素子３２、第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂと一体化して形成されている。図１５（ｂ）は、第３実施形態の構成要素である光学部品６０の斜視図である。当該光学部品６０には、例えば、第２実施形態における第４光路変換素子３６、第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂが含まれている。
【００９６】
図１６は、カバー５０と光学部品６０とを組み立てたときの斜視図である。図１６のＥ−Ｅ、Ｆ−ＦおよびＧ−Ｇにおける断面を、それぞれ図１７（ａ）、図１７（ｂ）および図１７（ｃ）に示す。なお、図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は、図１６に示す構成を、上下逆転させた状態で示している。
【００９７】
被写体１０の散乱光は、接触面１１（図示せず）を透過した後、第１光路変換面４２ａおよび第１光路変換面４２ｂで反射（好ましくは全反射）され、第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂ上に設けられた第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂにて再び反射された後に空気中へ射出され、結像素子１４ａまたは結像素子１４ｂから光学部品６０内へ入射する。
【００９８】
光学部品６０に設けられた結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂによって集められた光は、第３光路変換面４８ａおよび第３光路変換面４８ｂによって、互いに向かい合う光となる。そして、当該光は、第４光路変換面４６ａおよび第４光路変換面４６ｂによって、光学式ポインティング装置の厚さ方向へ進行方向が変えられた後、撮像素子１５上に結像する。
【００９９】
図１５（ａ）に示すように、カバー５０は光学式ポインティング装置の光学素子全体を覆うように配置されている。さらにカバー５０の一部には、第１光路変換面４２ａおよび第１光路変換面４２ｂが設けられるとともに、第２実施形態の第１光路変換素子３２に相当する光学部品がカバー５０と一体化している。このような構成にすることによって、第２実施形態の第１光路変換素子３２の上にさらにカバー５０を配置する場合に比べて、光学式ポインティング装置の垂直方向の厚さを薄くすることができる。
【０１００】
第３実施形態ではさらに、カバー５０に第２光路変換面４７ａおよび第２光路変換面４７ｂを設けることによって、第２実施形態の第２光路変換素子３７ａおよび第２光路変換素子３７ｂに相当する光学部品をカバー５０と一体化している。上記構成によれば、部品数を削減できるので、光学式ポインティング装置の生産性を向上させることができる。
【０１０１】
図１５（ｂ）に示すように、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂと、第２実施形態の第３光路変換素子３８ａおよび第３光路変換素子３８ｂに相当する光学部品と、第２実施形態の第４光路変換素子３６に相当する光学部品も一体化し、一つの光学部品６０を形成している。上記構成によれば、部品数を削減できるので、光学式ポインティング装置の生産性を向上させることができる。
【０１０２】
図１６に示すように、光学部品６０をカバー５０の内部に嵌め込むことによって、光学式ポインティング装置を位置精度良く組み立てることが可能である。なお、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂをカバー５０と一体化すれば、カバー内部に結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂのレンズ面が配置されるため、成型加工が非常に困難になるとともに、レンズ面の形状精度を十分に得ることができない。したがって、カバーと一体化するのは第２光路変換面を備える構成までとすることによって、カバーの形状が平面のみで構成でき、その結果、一体成形によるカバーの作製が可能となるとともに、コストの低減および製造性の改善を実現できる。
【０１０３】
結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂに関しては、光学部品６０と一体化することによって、結像素子１４ａおよび結像素子１４ｂを光学部品６０の外側の壁面上に設けることが可能となる。その結果、光学部品６０の成型が容易になるとともに、レンズ面の形状精度を十分に得ることができる。
【０１０４】
以上に説明したように、第３実施形態の構成によれば、光学式ポインティング装置にカバー５０を配置しながら、しかも、光学式ポインティング装置の垂直方向の厚さを薄くすることができる。また、部品数はカバー５０と光学部品６０との二つになるので、光学式ポインティング装置の組立工程を短縮化することが可能になるとともに、光学式ポインティング装置の生産性を向上させることが可能になる。また、カバー５０の内部に光学部品６０をはめ込むことで、特別な調整をすることなく光学部品６０を位置精度良く組み立てることができる。
【０１０５】
〔第４実施形態〕
第１実施形態〜第３実施形態では、光路変換素子２２または第１光路変換素子３２によって分割された光路ａと光路ｂとは、光路変換素子２２または第１光路変換素子３２に対して対称であったが、必ずしも対称である必要はない。また、光路の分割は２つに限定されない。
【０１０６】
第４実施形態では、光路を３分割する場合に関して説明するが本発明はこれに限定されない。光路を４つ以上に分割する場合も本発明に含まれる。なお、光路を４つ以上に分割する場合に用いられる、光路変換素子２２または第１光路変換素子３２に相当する構成は特に限定されず、例えば、光路を４つ以上に分割することができる公知のプリズムを用いることが可能である。
【０１０７】
第４実施形態では、光路変換素子５２の光路変換面の数を増やすことによって、被写体の像を結像素子や撮像素子の方向に反射する際に、１つの光路変換面によって反射される光の量が少なくなる。それ故に、光路変換素子５２を厚さ方向に短くすることができるため、薄型の光学式ポインティング装置が実現できる。
【０１０８】
図１８は、三角錐の形状を有する光路変換素子５２を用いて３つの光路へ光を分割する光学式ポインティング装置を示している。
【０１０９】
図示されない接触面上の被写体からの光は、光路変換素子５２へ散乱および反射される。三角錐の光路変換素子５２の表面上には反射膜（例えば、アルミなどで形成された金属製の反射膜）がスパッタ等で成膜されており、反射面である光路変換面６２ａ、光路変換面６２ｂおよび光路変換面６２ｃが形成されていることが好ましい。
【０１１０】
接触面上の被写体からの光は、光路変換素子５２によって光路ａ、光路ｂおよび光路ｃに三分割される。光路ａ、光路ｂおよび光路ｃに分割された光は、それぞれ各光路上に配置された結像素子１４ａ、結像素子１４ｂおよび結像素子１４ｃによって、各光路上に配置された撮像素子１５ａ、撮像素子１５ｂおよび撮像素子１５ｃ上に結像する。
【０１１１】
撮像素子上に結像された像は、図示されないＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）内に、各撮像素子からの画像データとして取り込まれた後、一つの画像へと合成される。
【０１１２】
撮像素子１５ａ、撮像素子１５ｂおよび撮像素子１５ｃの具体的な構成としては限定されないが、例えばＣＭＯＳセンサー、ＣＣＤセンサー等のイメージセンサーを用いることが可能であって、被写体の像を一定間隔で撮像し続け、遂次データとしてＤＳＰ内に取り込まれることになる。
【０１１３】
被写体が移動した場合には、撮像された画像は直前に撮影したものとは、所定量だけずれた画像となる。画像中の同一部分のずれ量をＤＳＰによって比較して、被写体の移動量と移動方向が判断される。
【０１１４】
〔第５実施形態〕
本発明の光学式ポインティング装置は、電子機器（例えば、携帯型電話機、電話機、スマートフォン、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯型電子書籍、小型ノートＰＣ、またはデジタルカメラなど）に搭載され得る。
【０１１５】
本実施形態の電子機器は、モニター側筐体、操作側筐体、マイク部、テンキー、モニター部、スピーカー部、および本発明の光学式ポインティング装置を備えていることが好ましい。本実施形態の電子機器では、光学式ポインティング装置は、テンキーの上部に配置されていることが好ましい。
【０１１６】
一般的に、携帯電話機などの電子機器の厚さを決定する部品は、マイク部、テンキー、および光学式ポインティング装置である。この中で、光学式ポインティング装置の厚さが最も厚く、光学式ポインティング装置の薄型化は、携帯型電話機の薄型化を実現する上で最も重要である。
【０１１７】
従来技術で達成できなかった薄型化と操作性の向上を両立させることが可能な本発明の光学式ポインティング装置は、携帯型電話機等の小型電子機器に好適に用いられ得る。
【０１１８】
なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲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】
【０１１９】
本発明の光学式ポインティング装置は、被写体の認識精度を低下させることなく、小型化および薄型化され得る。それ故に、薄型化や小型化が重要な意味を持つ電子機器（例えば、携帯型電話機、電話機、スマートフォン、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯型電子書籍、小型ノートＰＣ、またはデジタルカメラなど）に用いることができる。指紋認証システム等のスキャナー装置や、光入力インターフェイス全般に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 光学式ポインティング装置
１０ 被写体
１１ 接触面
１２ａ・１２ｂ 光路変換面
１２ｃ 頂辺
１３ａ、１３ｂ 出射面
１４ａ・１４ｂ・１４ｃ 結像素子
１５ａ・１５ｂ・１５ｃ 撮像素子
１６ 光源
２２・５２ 光路変換素子
２２ａ・２２ｂ プリズム
２７ａ・２７ｂ 光路変換素子
３２ 第１光路変換素子
３６ 第４光路変換素子
３７ａ・３７ｂ 第２光路変換素子
３８ａ・３８ｂ 第３光路変換素子
４２ａ・４２ｂ 第１光路変換面
４６ａ・４６ｂ 第４光路変換面
４７ａ・４７ｂ 第２光路変換面
４８ａ・４８ｂ 第３光路変換面
５０ カバー
６０ 光学部品
６２ａ・６２ｂ・６２ｃ 光路変換面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体と接する接触面と、
前記接触面に向かって照射光を照射する光源と、
前記接触面からの反射光を複数の光路へ分割するための複数の光路変換面を有する光路変換素子と、を備え、
前記複数の光路変換面は、前記接触面との角度が４５°以下となるように設けられていることを特徴とする光学式ポインティング装置。
【請求項２】
前記光路変換面同士が、９０°以上の角度をなすように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学式ポインティング装置。
【請求項３】
前記光路変換面の数は、前記光路変換素子の数よりも多いことを特徴とする請求項１または２に記載の光ポインティング装置。
【請求項４】
撮像素子を更に備え、
前記複数の光路へ分割された反射光を前記撮像素子へ合成するための画像合成素子を備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光学式ポインティング装置。
【請求項５】
前記複数の光路変換面の少なくとも１つは、前記接触面上において別の光路変換面と交わっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光学式ポインティング装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の光学式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】
被写体と接する接触面と、
前記接触面に向かって照射光を照射する光源と、
前記接触面からの反射光を複数の光路へ分割するための複数の光路変換面を有する光路変換素子と、を備え、
前記複数の光路変換面は、前記接触面との角度が４５°以下となるように設けられていることを特徴とする光学式ポインティング装置。
【請求項２】
前記光路変換面同士が、９０°以上の角度をなすように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学式ポインティング装置。
【請求項３】
前記光路変換面の数は、前記光路変換素子の数よりも多いことを特徴とする請求項１または２に記載の光ポインティング装置。
【請求項４】
撮像素子を更に備え、
前記複数の光路へ分割された反射光を前記撮像素子へ合成するための画像合成素子を備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光学式ポインティング装置。
【請求項５】
前記複数の光路変換面の少なくとも１つは、前記接触面上において別の光路変換面と交わっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光学式ポインティング装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の光学式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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１４６１５（Ｐ２０１２−１４６１５Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２８８４（Ｐ２０１０−１５２８８４）
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【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１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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