JP2008507787A - 光ポインティング装置および個人携帯端末機 - Google Patents

Abstract

本発明は、被写体として指の表面を用いてポインティングを可能にし、水平の光経路を形成して光学系の厚さを最小化しながら焦点距離を十分に提供できるようにする光ポインティング装置および個人携帯端末機を提供することを目的とする。前記した本発明に係る光ポインティング装置は、被写体と直接接触するカバーガラスと、前記カバーガラスの背面に光を照射する光源部と、前記カバーガラスを介して前記被写体によって反射された光の方向を所定方向に反射し、前記所定方向の光を集光し、前記集光された光を撮像する受光部と、を含む。このような本発明は、被写体として指の表面を用いてポインティングを可能にし、水平の光経路を形成して光ポインティング装置の光学系の厚さを最小化しながら焦点距離を十分に提供できるようにすることで、超薄型の個人携帯端末機の洗練された外観を保ちながらも便利なポインティングの実行を可

Description

本発明は、ユーザインターフェイス装置に関し、より詳細には、携帯電話のような超薄型の個人携帯端末機（Personal Portable Device）に装着可能な光ポインティング装置および光ポインティング装置を含んだ個人携帯端末機に関する。

一般的に、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの個人携帯端末機は、キーパッドを用いたユーザインターフェイスを採用している。より詳しく説明すると、従来の個人携帯端末機は、数字および文字を入力するための複数のボタンで構成されたキーパッドを備えており、ユーザが前記キーパッドのボタンを押すことによって電話番号や文章などの入力が可能となる。

最近、ＷＩＢＲＯ（Wireless Broadband）サービスなどの無線インターネットサービスの常用化に伴い、個人携帯端末機にもＧＵＩ（Graphical User Interface）をサポートするウィンドウズ（登録商標）運営体制が採用されるようになった。前記個人携帯端末機のためのウィンドウズ（登録商標）としては、ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ（登録商標）などが挙げられる。また、技術の発達に伴い、個人携帯端末機は多様な付加サービスを備えるようになり、このような付加サービスをより便利に運用するためにも、ＧＵＩをサポートするウィンドウズ（登録商標）運営体制が採用された。

上述したように、個人携帯端末機のユーザインターフェイスとしてＧＵＩの運営体制が採用されることにより、個人携帯端末機に適合したポインティング装置の開発が従来から切に求められてきた。

一般的に、ＧＵＩのためのポインティング装置としては、ボールマウス（Ball Mouse）、光学式マウス（Optical Mouse）、レーザーマウス（Laser Mouse）、タッチパッド（Touch Pad）、タブレット（Tablet）などがある。前記ポインティング装置はコンピュータに採用されており、理論的には個人携帯端末機のポインティング装置としても採用され得る。

しかし、個人携帯端末機は携帯することを目的とするため、本体と分離した別途のポインティング装置を個人携帯端末機のポインティング装置として採用には困難をきたす。また、トラックボール型（Track Ball-Type）あるいはジョイスティック型（Joy Stick-Type）のポインティング装置は、物理的に一定以上の空間を占有するため、薄型かつ小型の個人携帯端末機に採用し難いという問題があった。

ここで、前記ポインティング装置のうち、光学式マウスのポインティング原理を図面を参照して詳しく説明する。
図１は、一般的な光学式マウスのポインティング原理を説明するための光学系の断面図を示したものである。
前記光学式マウスの光学系１００は、光源１０２と、光源ガイド１０４と、カバーガラス１０６と、集光レンズ１０８と、遮断膜１１０と、光イメージセンサ１１２と、で構成される。光源１０２は高輝度の発光ダイオード（Light-Emitting Diode；LED）であって、光源１０２から発光された光は光源ガイド１０４を介した後、カバーガラス１０６を介して地面Ｇに照射される。地面Ｇに照射された光は地面Ｇに反射し、再びカバーガラス１０６を介して集光レンズ１０８に照射される。集光レンズ１０８は地面Ｇに反射して照射される光を集光して光イメージセンサ１１２に照射し、光イメージセンサ１１２とレンズ１０８との間にはノイズ光を除去するための遮断膜１１０が形成される。光イメージセンサ１１２は、集光レンズ１０８を介して集光された光に対応するイメージを撮像する。前記撮像情報は、被写体である地面の動きを検出するためにイメージ処理部（未図示）に提供される。

前記従来の光学式マウスは、カバーガラス１０６、集光レンズ１０８および光イメージセンサ１１２が垂直の光軸方向に整列されているため、光学系の焦点深度の限界によって光学系の厚さが制限されていた。

ここで、前記光学式マウスの光学系の焦点深度の限界を、図２および図３を参照して説明する。前記図２および図３は、光学式マウスの光学系の厚さと焦点深度との関係を説明するための概略図である。

前記図２は焦点距離が短い光学系の概略図を示したものであり、集光レンズ２０２に光２００が照射されると、光イメージセンサ２０４の表面に焦点が結ばれる。このように、焦点距離が短い場合、光イメージセンサ２０４の表面に入力される光２００の角度が非常に大きくなるため、組立ての際に焦点距離が多少ずれただけでも光２００の焦点スポット（Spot）が非常に大きくなってしまう。前記焦点スポットのサイズが光イメージセンサ２０４の画素サイズ（Pixel Size）より大きくなれば正常的なイメージ処理が不可能であるため、焦点距離が短い光学系は組立てが非常に困難であり不良率も高いという問題を有していた。

これと反対に、焦点距離が長い光学系の概略図を示した図３を参照すると、集光レンズ３０４に光３００が照射されると、光イメージセンサ３０４の表面に焦点が結ばれる。

前記図３の光学系は、集光レンズ３０２から光イメージセンサ３０４の表面までの距離が十分長いため、光イメージセンサ３０４の表面が多少ずれたとしても小さな焦点スポットを維持することができる。これにより、ある程度の公差が生じたとしても、光イメージセンサ３０４の画素サイズより焦点スポットのサイズが大きくならないため、焦点距離が長い光学系は組立てが容易でありながら不良率も低いという利点がある。

前記のように、従来の光学式マウスは、カバーガラス、集光レンズおよびイメージセンサが光軸方向である垂直方向に整列されているため、光学系の焦点深度の限界によって光学系の厚さが制限されてしまう。
現在の技術水準によると、前記光学式マウスの光学系の最小厚さは約４〜５ｍｍである。

よって、前記光学式マウスの形状を変形するとしても光学系の厚さの制限が原因となり、超薄型を追求する個人携帯端末機への採用は不可能であった。
これにより、超薄型および洗練された外観を追求する個人携帯端末機に採用可能な超薄型のポインティング装置の開発が切に求められている。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するために案出されたものであって、被写体として指の表面を用いてポインティングを可能にし、水平の光経路を形成して光学系の厚さを最小化しながら焦点距離も十分に提供し得る光ポインティング装置および個人携帯端末機を提供することを目的とする。

また、本発明は、光経路上で光の消失を最小化し得る光ポインティング装置および個人携帯端末機を提供することを他の目的とする。
また、本発明は、水平の光経路を形成しても光イメージセンサを水平のＰＣＢに安定して装着可能にする光ポインティング装置および個人携帯端末機を提供することをさらに他の目的とする。

前記目的を達成し、従来技術の問題点を解決するために、本発明に係る光ポインティング装置は、被写体と直接接触するカバーガラスと、前記カバーガラスに光を照射する光源部と、前記カバーガラスを介して被写体によって反射された光の方向を所定方向に反射し、前記所定方向の光を集光し、前記集光された光を撮像する受光部と、を含む。

本発明は、被写体として指の表面を用いてポインティングを可能にする光ポインティング装置を提供し、特に、光学系の厚さを約２ｍｍ以下に最小化しながら焦点距離も約１５〜３０ｍｍと十分に提供することができる光ポインティング装置を提供する。

これにより、本発明は、超薄型の個人携帯端末機の洗練された外観を保ちながらも便利なポインティングを可能にする。

本発明は、被写体として指の表面を用いてポインティングを可能にし、水平の光経路を形成して光学系の厚さを最小化しながら焦点距離も十分に提供できるようにすることで、超薄型の個人携帯端末機の洗練された外観を保ちながら便利なポインティングの実行を可能にする。

また、本発明は、光経路上で光の消失を最小化できるようにするという利点を有する。
また、本発明は、水平の光経路を形成しても光イメージセンサを水平のＰＣＢに安定して装着可能にできるという利点を有する。

このような本発明の好ましい実施形態に係る光ポインティング装置を図面を参照して詳細に説明する。
図４は本発明の好ましい第１実施形態に係る光ポインティング装置の断面図であり、図５は本発明の好ましい第１実施形態に係る光ポインティング装置の側面透視図であり、図６は図４の光ポインティング装置における光経路を示した図である。

前記図４ないし図６を参照して、本発明の好ましい第１実施形態を詳しく説明する。
前記本発明の好ましい第１実施形態に係る光ポインティング装置４００は大きく分けて、光源部４０２と、カバーガラス４１０と、受光部４１２と、で構成される。

光ポインティング装置４００の光源部４０２は、光源４０４と、光源ガイドとして光源４０４から発光された光を案内する第１および第２ガイド反射鏡４０６、４０８と、を含んでおり、光源４０４はＳＭＤ（Surface Mounted Device）タイプのＬＥＤ（Light Emitting
Diode）やレーザーダイオード（Laser Diode）などとして高輝度の光を発光する。第１および第２ガイド反射鏡４０６、４０８は、光源４０４が発光した光を所定角度で反射させてカバーガラス４１０に照射する。特に、前記第１および第２ガイド反射鏡４０６、４０８の反射角度は、光源４０４からの光がカバーガラス４１０の背面に小さな角度で入射されるように設置されるが、これは指の表面を容易に走査するためである。また、第１および第２反射鏡４０６、４０８は、光源４０４の設置位置の変更や前記光源部４０２の組立ての便宜のためにその数や角度の変更が可能である。また、第１および第２ガイド反射鏡４０６、４０８の反射面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の反射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。

光ポインティング装置４００のカバーガラス４１０は透明材質のガラスであって、光源部４０２からの光を背面で供給して上面に透過させる。また、カバーガラス４１０の上面に指の表面などが密着する場合に、前記カバーガラス４１０の上面に透過した光が前記指の表面によって反射されると、前記反射された光を上面で供給して背面に透過させる。前記背面に透過した光は光ポインティング装置４００の受光部４１２に照射される。また、カバーガラス４１０の上面および背面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の入出射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。

光ポインティング装置４００の受光部４１２は、第１反射鏡４１４と、集光レンズ４１６と、光イメージセンサ４１８と、で構成される。第１反射鏡４１４は、指の表面に反射されてカバーガラス４１０を透過した光を所定角度で反射して集光レンズ４１６に照射する。ここで、前記第１反射鏡４１４は、水平の光経路を形成するための反射角度を有する。また、第１反射鏡４１４と光イメージセンサ４１８との間の導波路（T1）は空気を媒体としており、前記導波路（T1）には集光レンズ４１６が挿入される。集光レンズ４１６は、前記水平の光経路上に対向して垂直に挿入され、受光部４１２の組立ての便宜を提供する。集光レンズ４１６は、第１反射鏡４１４を介して反射された光を集光して光イメージセンサ４１８に提供する。ここで、第１反射鏡４１４の反射面、集光レンズ４１６のレンズ面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の反射および入出射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。
前記光イメージセンサ４１８は、水平の光経路上に対向して垂直に設置されており、前記集光レンズ４１６によって集光された光を撮像し、その撮像情報の動きを検出するためのイメージ処理部（未図示）に提供する。前記イメージ処理部は、撮像情報を用いて指表面の動き方向、速度、距離を検出してポインタ情報として出力する。

前記受光部４１２の光経路は水平に形成されるため、光学系の厚さを２ｍｍに最小化できることはもちろん、十分な焦点深度のための１５〜３０ｍｍの光経路の提供も可能である。

前記した本発明の好ましい第１実施形態に係る光ポインティング装置４００の光経路を、図６を参照して説明する。

光は光源４０４から第１ガイド反射鏡４０６に照射され（A1）、第１ガイド反射鏡４０６は前記光を第２ガイド反射鏡４０８に反射する（A2）。第２ガイド反射鏡４０８に照射された光は、小さな角度でカバーガラス４１０に照射されるように反射する（A3）。第２ガイド反射鏡４０８によって反射されてカバーガラス４１０に照射される光は、カバーガラス４１０を透過して指（H1）の表面に照射され、前記光は指（H1）の表面に反射して第１反射鏡４１４に照射される（A4）。第１反射鏡４１４に照射された光は、さらに所定角度で反射して水平に経路を変更し、前記水平の光は集光レンズ４１６に照射される（A5）。前記集光レンズ４１６に引入された光は、集光されて光イメージセンサ４１８に照射される（A6）。

前記した本発明の好ましい第１実施形態は、カバーガラス４１０からの光の移動経路（A5、A6）を水平に転換することで、十分な焦点深度のために１５〜３０ｍｍの光経路を提供しながら受光部４１２の厚さを２ｍｍ以下と薄型にすることができる。
しかし、前記した本発明の好ましい第１実施形態によると、光イメージセンサ４１８が水平の光経路に対向して垂直設置されるため、水平のＰＣＢ（Printed Circuit Board）に光イメージセンサ４１８を安定して装着するのが困難であった。
このような問題を解消するための本発明の好ましい第２実施形態を、図７ないし図９を参照して詳細に説明する。

前記図７は本発明の好ましい第２実施形態に係る光ポインティング装置の断面図であり、前記図８は本発明の好ましい第２実施形態に係る光ポインティング装置の側面透視図であり、前記図９は図７の光ポインティング装置における光経路を示した図である。

前記本発明の好ましい第２実施形態に係る光ポインティング装置７００は大きく分けて、光源部７０２と、カバーガラス７１０と、受光部７１２と、で構成される。

光ポインティング装置７００の光源部７０２は、光源７０４と、第１および第２ガイド反射鏡７０６、７０８と、で構成されており、光源７０４はＳＭＤタイプのＬＥＤやレーザーダイオードなどとして高輝度の光を発光する。第１および第２ガイド反射鏡７０６、７０８は、光源７０４が発光した光を所定角度で反射させてカバーガラス７１０に照射する。特に、前記第１および第２ガイド反射鏡７０６、７０８の反射角度は、光源７０４からの光がカバーガラス７１０の背面に小さな角度で入射されるように定められるが、これは指の表面を容易に走査するためである。また、第１および第２ガイド反射鏡７０６、７０８は、光源７０４の設置位置の変更や前記光源部７０２の組立ての便宜のためにその数や角度の変更が可能である。また、第１および第２ガイド反射鏡７０６、７０８の反射面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の反射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。

光ポインティング装置７００のカバーガラス７１０は透明材質のガラスであって、光源部７０２からの光を背面で供給して上面に透過させる。また、カバーガラス７１０の上面に指の表面などが密着する場合に、前記カバーガラス７１０の上面に透過された光が前記指の表面によって反射すると、前記反射した光を上面で供給して背面に透過させる。前記背面に透過された光は光ポインティング装置７００の受光部７１２に供給される。また、カバーガラス７１０の上面および背面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の入出射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。

光ポインティング装置７００の受光部７１２は、第１反射鏡７１４と、集光レンズ７１６と、第２反射鏡７１８と、光イメージセンサ７２０と、を含む。第１反射鏡７１４は、指の表面に反射してカバーガラス７１０を透過した光を所定角度で反射して集光レンズ７１６に照射する。ここで、第１反射鏡７１４は、水平の光経路を形成するための反射角度を有する。また、第１反射鏡７１４と第２反射鏡７１８との間、および第２反射鏡７１８と光イメージセンサ７２０との間の導波路（T2）は空気を媒体としており、前記導波路（T2）である第１反射鏡７１４と第２反射鏡７１８との間には集光レンズ７１６が挿入される。集光レンズ７１６は前記水平の光経路上に垂直に挿入され、受光部４１２の組立ての便宜を提供する。前記集光レンズ７１６は、前記第１反射鏡７１４を介して反射された光を集光して第２反射鏡７１８に提供する。第２反射鏡７１８は、水平に提供される集光された光を垂直に転換して光イメージセンサ７２０に供給する。ここで、前記第２反射鏡７１８は、水平の光を９０゜で反射することで、水平の光が垂直に水平のＰＣＢに設置された光イメージセンサ７２０に照射されるようにする。ここで、第１および第２反射鏡７１４、７１８の反射面と集光レンズ７１６のレンズ面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の反射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。前記光イメージセンサ７２０は水平のＰＣＢに設置されており、第２反射鏡７１８によって垂直に反射された光を撮像し、その撮像情報の動きを検出するためのイメージ処理部（未図示）に提供する。

本実施形態では、第１および第２反射鏡７１４、７１８の間に一つの集光レンズ７１６が設置されているが、これと相違して２つ以上の集光レンズの設置も可能であり、設置される集光レンズの焦点距離、レンズ種類などの光学特性は同一または相違して特定され得る。

前記イメージ処理部は、撮像情報を用いて指表面の動き方向、速度、距離を検出してポイント情報として出力する。
前記受光部７１２の焦点深度のための光経路を水平に形成させることで、光学系の厚さを最小化しながら十分な焦点深度の提供が可能となる。また、前記水平の光をさらに垂直に転換して水平のＰＣＢに設置された光イメージセンサ７２０に提供するため、光イメージセンサ７２０を安定して装着することができる。

前記した本発明の好ましい第２実施形態に係る光ポインティング装置７００の光経路を、図９を参照して説明する。
光は光源７０４から第１ガイド反射鏡７０６に照射され（B1）、第１ガイド反射鏡７０６は前記光を第２ガイド反射鏡７０８に反射する（B2）。第２ガイド反射鏡７０８に照射された光は、小さな角度でカバーガラス７１０に照射されるように反射する（B3）。第２ガイド反射鏡７０８によって反射されてカバーガラス７１０に照射される光は、カバーガラス７１０を透過して指（H2）の表面に照射され、前記光は指（H2）の表面に反射されて第１反射鏡７１４に照射される（B4）。第１反射鏡７１４に照射された光は、さらに所定角度で反射されて水平に経路を変更し、前記水平の光は集光レンズ７１６に照射される（B5）。前記集光レンズ７１６に引入された光は、集光されて第２反射鏡７１８に照射される（B6）。第２反射鏡７１８に照射された光は、さらに垂直に経路を変更し、前記垂直の光は光イメージセンサ７２０に照射される（B7）。

前記した本発明の好ましい第２実施形態は、十分な焦点深度のための光経路（B5、B6）を水平に形成させることで、光学系の厚さを最小化しながら十分な焦点深度の提供が可能となる。また、前記水平の光をさらに垂直に転換することで（B7）、光イメージセンサ７２０を水平のＰＣＢに設置できるようにする。

前記した本発明の好ましい第１および第２実施形態では、一つの集光レンズのみを採用する例を説明したが、集光の効率を高めるために前記集光レンズを多数備え得ることは自明である。
また、前記集光レンズは、ＭＥＭＳ（MICRO-ELECTRO-MECHANICAL SYSTEMS）、マイクロ射出成形、熱エンボス加工（HOT EMBOSSING）、紫外線硬化成形法などを用いて数十㎛の曲率半径を有するレンズの形成が可能となるに伴い、前記マイクロレンズをアレイ構造で構成して焦点距離を減少させることもで可能である。特に、前記マイクロレンズの配列は、画素（PIXEL）の数と同一に配列することで、それぞれがピクセルに該当するイメージを鮮明に撮像することができる。

また、前記した本発明の好ましい第１および第２実施形態では、空気を利用した導波路（T1、T2）を採用する例を説明したが、前記光経路上の光の消失を最小化するために光導波管を採用しても良い。

また、図１０に示されたように、集光レンズ７１６および第２反射鏡７１８の間に遮断膜７１７が設置されることがある。遮断膜７１７は、経路を通過する正常な光以外のノイズ光を遮断するものであって、クリアな映像を形成することができるように補助する。
前記光導波管を採用した本発明の好ましい第３実施形態を、図１０ないし図１２を参照して説明する。

前記図１１は本発明の好ましい第３実施形態に係る光ポインティング装置の断面図であり、前記図１２は本発明の好ましい第３実施形態に係る光ポインティング装置の側面透視図であり、前記図１３は図１１の光ポインティング装置における光経路を示した図である。
前記本発明の好ましい第３実施形態に係る光ポインティング装置１０００は大きく分けて、光源部１００２と、カバーガラス１０１０と、受光部１０１２と、で構成される。

光ポインティング装置１０００の光源部１００２は、光源１００４と、第１および第２ガイド反射鏡１００６、１００８と、で構成されており、光源１００４はＳＭＤタイプのＬＥＤやレーザーダイオードなどとして高輝度の光を発光する。第１および第２ガイド反射鏡１００６、１００８は、光源１００４が発光した光を所定角度で反射させてカバーガラス１０１０に照射する。特に、前記第１および第２ガイド反射鏡１００６、１００８の反射角度は、光源１００４からの光がカバーガラス１０１０の背面に小さな角度で入射されるように設置される。また、第１および第２ガイド反射鏡１００６、１００８は、光源１００４の設置位置の変更や前記光源部１００２の組立ての便宜のためにその数や角度の変更が可能である。また、第１および第２ガイド反射鏡１００６、１００８の反射面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の反射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。

光ポインティング装置１０００のカバーガラス１０１０は透明材質のガラスであって、光源部１００２からの光を背面で供給して上面に透過させる。また、カバーガラス１０１０の上面に指の表面などが密着する場合に、カバーガラス１０１０の上面に透過された光が前記指の表面によって反射すると、前記反射した光を上面で供給して背面に透過させる。前記背面に透過された光は、光ポインティング装置１０００の受光部１０１２に照射される。また、カバーガラス１０１０の上面および背面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の反射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。

光ポインティング装置１０００の受光部１０１２は、第１反射鏡１０１４と、集光レンズ１０１６と、光イメージセンサ１０１８と、で構成される。第１反射鏡１０１４は、指の表面に反射してカバーガラス１０１０を透過した光を所定角度で反射して第１導波管１０１６に供給する。ここで、前記第１反射鏡１０１４は、水平の光経路を形成するための反射角度を有する。第１導波管１０１６は透明な光学用プラスチックまたはガラスを材質とする光導波管であり、水平の光経路上に対向して水平に設置されると共に、光入射面および出射面がふくらんで形成されており、入射された光を導波しながら第１次集光して第２導波管１０１８に出射する。第２導波管１０１８は透明な光学用プラスチックまたはガラスを材質とする光導波管であり、水平の光経路上に対向して水平に設置されると共に、光入射面および出射面がふくらんで形成されており、入射した光を導波しながら第２次集光して光イメージセンサ１０２０に出射する。また、前記第１反射鏡１０１４の反射面、第１および第２導波管１０１６、１０１８の入出射面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の反射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。前記光イメージセンサ１０２０は水平の光経路上に対向して垂直に設置され、第１および第２導波管１０１６、１０１８によって集光された光を撮像し、その撮像情報の動きを検出するためのイメージ処理部（未図示）に提供する。前記イメージ処理部は、撮像情報を用いて指表面の動き方向、速度、距離を検出してポイント情報として出力する。

前記受光部１０１２の光経路は水平に形成されるため、光学系の厚さを２ｍｍに最小化できることはもちろん、十分な焦点深度のための１５〜３０ｍｍの光経路を提供できるようになる。また、前記受光部１０１２の光経路には光導波のために多数の導波管が備わるため、光経路上の光の損失を最小化することができる。

前記した本発明の好ましい第３実施形態に係る光ポインティング装置１０００の光経路を、図１３を参照して説明する。
光は光源１００４から第１ガイド反射鏡１００６に照射され（C1）、第１ガイド反射鏡１００６は前記光を第２ガイド反射鏡１００８に反射する（C2）。第２ガイド反射鏡１００８に照射された光は、小さな角度でカバーガラス１０１０に照射されるように反射する（C3）。第２反射鏡１００８によって反射されてカバーガラス１０１０に照射される光は、カバーガラス１０１０を透過して指（H3）の表面に照射され、前記光は指（H3）の表面に反射して第１反射鏡１０１４に照射される（C4）。第１反射鏡１０１４に照射された光は、さらに所定角度で反射されて水平に経路を変更し、前記水平の光は第１導波管１０１６に照射される（C5）。前記第１導波管１０１６を通過して第１次集光された光は、第２導波管１０１８に照射される（C6）。前記第２導波管１０１８を通過して第２次集光された光は、光イメージセンサ１０２０に照射される（C7）。

前記した本発明の好ましい第３実施形態は、カバーガラス１０１０からの光の経路（C5、C6、C7）を水平に転換することで、十分な焦点深度のために１５〜３０ｍｍの光経路を提供しながら受光部４１２の厚さを２ｍｍ以下と薄型にする。また、前記光経路に第１および第２光導波路１０１６、１０１８を備えることで、光経路上の光の損失を最小化することができる。

しかし、前記した本発明の好ましい第３実施形態によると、光イメージセンサ１０２０が水平の光経路に対向して垂直に設置されているため、水平のＰＣＢに光イメージセンサ１０２０を安定して装着するのが困難であるという点を有していた。

このような問題を解消するための本発明の好ましい第４実施形態を、図１４ないし図１６を参照して詳細に説明する。
前記図１４は本発明の好ましい第４実施形態に係る光ポインティング装置の断面図であり、前記図１５は本発明の好ましい第４実施形態に係る光ポインティング装置の側面透視図であり、前記図１６は図１４の光ポインティング装置における光経路を示した図である。

前記した本発明の好ましい第４実施形態に係る光ポインティング装置１３００は大きく分けて、光源部１３０２と、カバーガラス１３１０と、受光部１３１２と、で構成される。
光ポインティング装置１３００の光源部１３０２は、光源１３０４と、第１および第２ガイド反射鏡１３０６、１３０８と、で構成されており、光源１３０４はＳＭＤタイプのＬＥＤやレーザーダイオードなどとして高輝度の光を発光する。第１および第２反射鏡１３０６、１３０８は、光源１３０４が発光した光を所定角度で反射させてカバーガラス１３１０に照射する。特に、前記第１および第２ガイド反射鏡１３０６、１３０８の反射角度は、光源１３０４からの光がカバーガラス１３１０の背面に小さな角度で入射されるように定められるが、これは指の表面を容易に走査するためである。また、第１および第２ガイド反射鏡１３０６、１３０８は、光源１３０４の設置位置の変更や前記光源部１３０２の組立ての便宜のためにその数や角度の変更が可能である。また、第１および第２ガイド反射鏡１３０６、１３０８の反射面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の反射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。

光ポインティング装置１３００のカバーガラス１３１０は透明材質のガラスであって、光源部１３０２からの光を背面で供給して上面に透過させる。また、カバーガラス１３１０の上面に指の表面などが密着する場合に、前記カバーガラス１３１０の上面に透過された光が前記指の表面によって反射されると、前記反射された光を上面に供給して背面に透過させる。前記背面に透過された光は、光ポインティング装置１３００の受光部１３１２に照射される。また、カバーガラス１３１０の上面および背面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の入出射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。

光ポインティング装置１３００の受光部１３１２は、第１反射鏡１３１４と、第１および第２導波管１３１６、１３１８と、第２反射鏡１３２０と、光イメージセンサ１３２２と、を含む。第１反射鏡１３１４は、指の表面に反射してカバーガラス１３１０を透過した光を所定角度で反射して第１導波管１３１６に照射する。ここで、第１反射鏡１３１４は、水平の光経路を形成するための反射角度を有する。第１導波管１３１６は透明な光学用プラスチックまたはガラスを材質とする光導波管であって、水平の光経路上に対向して水平に設置されると共に、入射面および出射面がふくらんで形成されており、入射した光を導波しながら第１次集光して第２導波管１３１８に出射する。第２導波管１３１８は水平の光経路上に対向して水平に設置されると共に、入射面および出射面がふくらんで形成されており、入射した光を導波しながら第２次集光して第２反射鏡１３２０に出射する。第２反射鏡１３２０は、第２反射鏡１３２０から出射された光を垂直に転換して光イメージセンサ１３２２に照射する。ここで、前記第２反射鏡１３２０は、水平の光を９０゜で反射して水平の光が垂直に水平のＰＣＢに設置された光イメージセンサ１３２２に照射されるようにする。また、第１および第２反射鏡１３１４、１３２０の反射面と第１および第２導波管１３１６、１３１８の入出射面は、面の精密度を高めるために研磨処理されており、光の反射時または入出射時に発生する恐れのある光の損失および乱反射を防止する。前記光イメージセンサ１３２２は水平のＰＣＢに設置されており、第２反射鏡１３２０によって垂直に反射した光を撮像し、その撮像情報の動きを検出するためのイメージ処理部（未図示）に提供する。前記イメージ処理部は、撮像情報を用いて指表面の動き方向、速度、距離を検出してポインタ情報として出力する。

前記受光部１３１２の焦点深度のための光経路を水平に形成させて多数の導波管を備えることで、光学系の厚さを最小化しながら十分な焦点深度の提供が可能であることはもちろん、光経路上の光の損失も最小化する。また、前記水平の光をさらに垂直に転換して水平のＰＣＢに設置された光イメージセンサ１３２２に提供するため、光イメージセンサ１３２２も安定して装着できるようになる。

前記した本発明の好ましい第４実施形態に係る光ポインティング装置１３００の光経路を、図１６を参照して説明する。

光は光源１３０４から第１ガイド反射鏡１３０６に照射され（D1）、第１ガイド反射鏡１３０６は前記光を第２ガイド反射鏡１３０８に反射する（D2）。第２ガイド反射鏡１３０８に照射された光は、小さな角度でカバーガラス１３１０に照射されるように反射する（D3）。第２ガイド反射鏡１３０８によって反射されてカバーガラス１３１０に照射される光は、カバーガラス１３１０を透過して指（H4）の表面に照射され、前記光は指（H4）の表面に反射して第１反射鏡１３１４に照射される（D4）。第１反射鏡１３１４に照射された光は、さらに所定角度で反射されて水平に経路を変更し、前記水平の光は第１導波管１３１６に照射される（D5）。第１導波管１３１６を通過して第１次集光された光は、第２導波管１３１８に照射される（D6）。第２導波管１３１８を通過して第２次集光された光は、第２反射鏡１３２０に照射される（D7）。第２反射鏡１３２０に照射された第２次集光された光は、所定角度で反射されて垂直に経路を変更し、前記垂直の光は、水平のＰＣＢに装着された光イメージセンサ１３２２に照射される（D8）。

前記した本発明の好ましい第４実施形態は、カバーガラス１３１０からの光の移動経路（D5、D6、D7）上に水平に多数の導波管を備えることで、十分な焦点深度のために１５〜３０ｍｍの光経路を提供しながら受光部１３１２の厚さを２ｍｍ以下と薄型にし、光経路上の光の損失を最小化することができる。また、前記水平の光をさらに垂直に転換することで（D8）、光イメージセンサ１３２２を水平のＰＣＢに安定して設置できるようにする。

また、図１７に示されたように、第１導波管１３１６および第２導波管１３１８の間に遮断膜１３１７が設置されることがある。遮断膜１３１７は正常な経路を通過する光以外のノイズ光を遮断するものであって、クリアな映像を形成することができるように補助する。図１７で、遮断膜１３１７は、第１導波管１３１６および第２導波管１３１８の間に位置しているが、第２導波管１３１８および第２反射鏡１３２０の間にも追加的に設置されることもある。

前記した本発明の好ましい第１ないし第４実施形態に係る光ポインティング装置は、個人携帯端末機に装着可能である。
以下、個人携帯端末機のうち、携帯電話に本発明の好ましい実施形態に係る光ポインティング装置を装着した例を説明する。

前記光ポインティング装置を装着した携帯電話の外観を示した図１８を参照すると、前記携帯電話１６００の所定部分には本発明の好ましい第１ないし第４実施形態に係る光ポインティング装置を備えることができ、前記携帯電話１６００のキーパッド１６０２の所定部分には前記第１ないし第４実施形態に係るカバーガラス１６０４が備わっており、ユーザが被写体として指の表面を移動させてポインティングを行うことができる。

前記携帯電話の構成を、図１９を参照して説明する。
前記携帯電話の制御部１７００は、前記携帯電話の制御を全般的に行うものであり、本発明によってイメージ処理部１７１２が提供する被写体である指の動き速度、方向、距離に対する情報の提供を受け、それに従って表示装置１７０６に表示されるポインタを変化させるように表示装置駆動部１７０４を制御する。また、制御部１７００は、キーパッド１７０８に備わったクリックボタンの操作による動作を実行する。メモリ部１７０２は、制御部１７００の処理プログラムを含む多様な情報を保存する。表示装置駆動部１７０４は、制御部１７００の制御による画面を表示装置１７０６に表示し、本発明によって前記画面に表示されるポインタの位置を変化させる。キーパッド１７０８は多数のキーを備えており、キー入力による信号を制御部１７００に提供し、本発明によってポインティング時に用いられるクリックボタンなどをさらに備える。光ポインティング装置１７１０は、被写体である指を撮像してイメージ処理部１７１２に提供する。イメージ処理部１７１２は、前記撮像情報を用いて被写体である指の動き速度、方向、距離に対するポインタ情報を生成して制御部１７００に提供する。

前記したように、携帯電話は被写体である指の動き速度、方向、距離によってポインティングを実行する。
上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができるであろう。

すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。

一般的な光学式マウスの光学系を示した図である。 集光レンズの焦点深度を示した図である。 集光レンズの焦点深度を示した図である。 本発明の好ましい第１実施形態に係る光ポインティング装置の断面図である。 本発明の好ましい第１実施形態に係る光ポインティング装置の側面透視図である。 本発明の好ましい第１実施形態に係る光ポインティング装置における光経路を示した図である。 本発明の好ましい第２実施形態に係る光ポインティング装置の断面図である。 本発明の好ましい第２実施形態に係る光ポインティング装置の側面透視図である。 本発明の好ましい第２実施形態に係る光ポインティング装置における光経路を示した図である。 第２実施形態と類似した他の実施形態に係る光ポインティング装置の断面図である。 本発明の好ましい第３実施形態に係る光ポインティング装置の断面図である。 本発明の好ましい第３実施形態に係る光ポインティング装置の側面透視図である。 本発明の好ましい第３実施形態に係る光ポインティング装置における光経路を示した図である。 本発明の好ましい第４実施形態に係る光ポインティング装置の断面図である。 本発明の好ましい第４実施形態に係る光ポインティング装置の側面透視図である。 本発明の好ましい第４実施形態に係る光ポインティング装置における光経路を示した図である。 第４実施形態と類似した本発明の他の実施形態に係る光ポインティング装置の断面図である。 本発明の好ましい第１ないし第４実施形態に係る光ポインティング装置を採用した個人携帯端末機の外観を示した図である。 図１８の個人携帯端末機のブロック構成図である。

Claims (11)

1. 薄型の個人携帯端末機に装着可能な光ポインティング装置において、
   被写体と直接接触するカバーガラスと、
   前記カバーガラスに光を照射する光源部と、
   前記カバーガラスを介して被写体によって反射された光の方向を所定方向に反射し、前記所定方向の光を集光し、前記集光された光を撮像する受光部と、
   を含む光ポインティング装置。
2. 前記光源部は、光を発光する光源、および前記光源から発光された光を前記カバーガラスに案内する光源ガイドを含むことを特徴とする請求項１に記載の光ポインティング装置。
3. 前記受光部は、
   前記カバーガラスを介して被写体によって反射された光を水平方向に反射するための反射鏡と、
   前記反射鏡によって前記反射された光の経路上に設置されて前記光を集光する少なくとも一つの集光レンズと、
   前記集光レンズを通過した前記集光された光を撮像する光イメージセンサと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ポインティング装置。
4. 前記受光部は、
   前記カバーガラスを介して被写体によって反射された光を水平方向に反射するための第１反射鏡と、
   前記第１反射鏡によって反射された光の経路上に設置されて前記光を集光する少なくとも一つの集光レンズと、
   前記集光レンズを通過した前記集光された光を下方に反射するための第２反射鏡と、
   前記第２反射鏡によって反射された光を撮像する光イメージセンサと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ポインティング装置。
5. 前記受光部は、
   前記カバーガラスを介して反射された光を所定方向に反射するための反射鏡と、
   前記所定方向に対向するように設置されて前記光を導波しながら集光する一つまたは一つ以上の導波管と、
   前記所定の方向に対向して設置されて前記集光された光を撮像する光イメージセンサと、
   で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光ポインティング装置。
6. 前記受光部は、
   前記カバーガラスを介して反射された光を第１所定方向に反射するための第１反射鏡と、
   前記第１所定方向に対向して設置されて前記光を導波しながら集光する一つまたは一つ以上の導波管と、
   前記集光された光を第２所定方向に反射するための第２反射鏡と、
   前記第２所定方向に対向して設置されて前記集光された光を撮像する光イメージセンサと、
   で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光ポインティング装置。
7. 前記導波管は、
   入射面および出射面がふくらんで形成された光導波管であることを特徴とする請求項５または６に記載の光ポインティング装置。
8. 前記所定方向の光経路が十分な焦点深度を提供するための長さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ポインティング装置。
9. 前記受光部は、
   前記光の経路上に設置されて前記光のノイズ成分を除去するための遮断膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ポインティング装置。
10. 光ポインティング装置を備える個人携帯端末機において、
    被写体と直接接触するカバーガラスと、
    前記カバーガラスの背面に光を照射する光源部と、
    前記カバーガラスを介して被写体によって反射された光の方向を所定方向に反射し、前記所定方向の光を集光し、前記集光された光を撮像する受光部と、で構成される光ポインティング装置と、
    多様な情報を表示するための画面およびポインタを表示する表示装置と、
    前記表示装置を駆動する表示装置駆動部と、
    前記光ポインティング装置が撮像した情報に基づいて被写体の動き速度、方向および距離を検出するイメージ処理部と、
    前記被写体の動き速度、方向および距離に従って前記ポインタの位置を変化するように前記表示装置駆動部を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする光ポインティング装置を備える個人携帯端末機。
11. クリックボタンを備えるキーパッドをさらに備え、
    前記制御部が前記クリックボタンの操作による動作を実行することを特徴とする請求項１０に記載の光ポインティング装置を備える個人携帯端末機。

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