JP2010165266A - 光学式ポインティング装置および該装置を搭載した電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光路を折り曲げる光ポインティング装置では、薄型化に限界があるとともに、水平方向の小型化ができなかった。
【解決手段】 被写体が接する接触面１１と、前記被写体から発した光線を折り曲げる第１傾斜面１３を有した第１折り曲げ素子１２と、前記折り曲げられた光線を像として結像させる結像素子１５と、前記結像素子１５からの結像光線を折り曲げる第２傾斜面２６を有した第２折り曲げ素子２３と、前記結像光線を撮像する撮像素子１６を有する光ポインティング装置であり、前記第１傾斜面１３は、前記接触面と１１の成す角度が、４０°から４５°の範囲とする。
【選択図】図1

Description

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ポインティング装置に関する。

携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）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を採用しており、このようなキーパッドは、数字及び文字を入力するための複数個のボタンと、方向ボタンにより構成されている。一方、近年、ディスプレイの高性能化に伴い、電子機器においても、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の採用が主流となってきている。

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に変化することにより、その入力方法も、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で所望する機能の動作を行う方法では不便となり、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ってきた。

前記ポインティング装置として、装置に接触する指先等被写体の模様を撮像素子で観察することで接触面の変化を抽出する光ポインティング装置が提案されている（特許文献１）。 この構成では、光源により接触面を照明し、接触面の模様をレンズで撮像素子に結像させ、検出した前記模様の変化から指先の動きを入力信号に変換している。

しかし、上記の結像光学系では、接触面からの光を撮像素子に結像させるために、接触面から撮像素子までの距離が必要となり、光ポインティング装置の垂直方向の長さを短くできなかった。電子機器、とくに携帯情報端末では装置の厚みが薄いことが求められることから、光ポインティング装置においても、厚みである垂直方向の長さを短くすることが求められる。

前記要求を満たすため、接触面の直下に光路を折り曲げるプリズム等の折り曲げ素子を配置し、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ポインティング装置の垂直方向の長さを短くする方法が提案されている（特許文献２）。この技術では光路を水平方向に折り曲げているため、光路が長くなっても装置の垂直方向の長さには影響しない。このため光路を長く取りながら垂直方向の長さが短い光ポインティング装置の実現を図っている。

一方、近年電子機器の中でも特に携帯情報端末は更なる薄型とともに小型化も要求され、光ポインティング装置においても、装置の垂直方向の薄型化が求められるとともに、水平方向にも小型化が要求されている。上記特許文献２では、組立性を優先するために敢えて光路長を長くしており、光ポインティング装置の水平方向の小型化が不十分となる課題があった。

特表２００７−５２８５５４ 特表２００８−５１０２４８

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、折り曲げ素子を使用した光ポインティング装置に関して、水平・垂直方向とも小型化しながらも、組立性の良い光ポインティング装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態の光ポインティング装置は、
指先等の被写体が接する接触面と、
外光や別途設けられた光源からの照明光により前記被写体で散乱反射された光線を、全反射により折り曲げる第１傾斜面を有したプリズム等の第１折り曲げ素子と、
前記折り曲げられた光線を像として結像させるレンズ等の結像素子と、
前記結像素子からの結像光線を、反射好ましくは全反射により折り曲げる第２傾斜面を有したプリズム等の第２折り曲げ素子と、
前記結像光線を撮像するＣＣＤ等の撮像素子を有し、
前記第１傾斜面について、前記接触面との成す角度が、４０°から４５°の範囲とする。

また、本発明の一実施形態の光ポインティング装置は、
前記結像素子の光軸が通る中心点が、
被写体の中心を発した主光線が通る前記第１傾斜面の中心よりも、光ポインティング装置の厚み方向より観て被写体側を意味する高い位置にあることを特徴とする。

以上の構成とすることで、この発明の光ポインティング装置は、前記第１傾斜面は、該光ポインティング装置の厚み方向で観て、該光ポインティング装置が薄型化する方向へ傾く。

また、以上の構成とすることで、レンズ等の撮像素子が該光ポインティング装置の厚み方向で観て、該光ポインティング装置が薄型化する方向へ配置できる。

また、本発明の一実施形態の光ポインティング装置は、
前記接触面と前記結像素子間の空気換算距離Ｌが、下記式（１）に定義する範囲内にあり、かつ被写体の撮像倍率Ｍを１以下にすることを特徴とする。

γ×（ａ／２）×（COSφ＋γ×SINφ）＜ Ｌ ＜ ａ×Ｆｅ／（Ｍ×COSφ）・・・（１）
（但し、αは第１傾斜面と接触面の傾斜角度、ｎは第１折り曲げ素子の屈折率、ａは接触面における被写体の撮影範囲、Φは２×（４５°−α）、Ｆｅは結像素子の実効Ｆナンバー、Ｍは光ポインティング装置の撮像倍率、γはTAN（９０°−α＋SIN^−１（１／ｎ））である。）
この発明の光ポインティング装置においては、前記第１傾斜面において、前記接触面からの散乱反射光を全反射させることで水平方向へ光路変換しつつ、結像光学系の光路長を短くすることが出来る。そのため、光ポインティング装置を垂直方向のみならず水平方向においても小型化出来る。

前記光路長を短くした場合、空気換算距離Ｌを上記式（１）の範囲内とすることで、全反射成分を多く確保出来るため、ノイズ光に対する信号光の光量が高くも即ちＳＮ比を高く出来、小型でありながら高い認識率を得ることが可能である。

また、本発明の一実施形態の光ポインティング装置は、
前記第２折り曲げ素子を、前記第１折り曲げ素子に対して、高さ方向及び光軸方向ともに部材同士を勘合させるだけで位置調製が実現できるパッシブアライメントで組み立てられることを特徴とする。

本構成とすることで、前記撮像素子の像側距離が短い場合においても、組み立て時にフォーカスずれ等が生ずることを防止でき、小型薄型でありながら、組み立ての容易な光ポインティング装置を実現できる。

また、一実施形態の電子機器では、上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。

この実施形態の携帯情報端末によれば、光ポインティング装置が薄いため、電子機器の厚みを薄くすることができる。

この発明の光ポインティング装置によれば、折り曲げ素子の傾斜面を該装置が薄くなる方向へ傾け、さらに、結像素子の配置も該装置が薄くなる方向へ配置することで、垂直方向の薄型化を実現する。

なお、前記結像素子の結像倍率を1以下とし、全反射条件を維持するよう光学系を配置することで、水平方向の小型化と高い認識精度を同時に実現できる。

また、光ポインティング装置は、パッシブアライメントでの組み立て構造を採用することで、低コストでありながら精度の高い組み立てが実現でき、水平方向の小型化を行っても組立性の良いモジュールを実現できる。

本発明の光ポインティング装置は以上のように小型で薄型であるため、該装置を携帯情報機器等の電子機器に採用することで、当該電子機器の小型、薄型化を実現できる。

本発明の第１実施形態の光ポインティング装置を説明する断面図である。 本発明の第１実施形態の光ポインティング装置の結像光学系を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光ポインティング装置の結像光学系を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光ポインティング装置の結像光学系を説明する断面図である。 本発明の第１実施形態の光ポインティング装置の結像光学系を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光ポインティング装置の組立方法を説明するための図である。 本発明の光ポインティング装置を用いた携帯型電話機の一実施形態を示した図である。

以下、本発明の実施の一形態について、光源としてＬＥＤを用いた光ポインティング装置を例として説明するが、光源は外部照明の得られる環境であれば太陽光等の自然光でもよい。

また、本発明は、以下の実施の形態の構成に限定されるもではない。

なお、以下の実施の形態の説明においては、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、説明を省略する。

(第１実施形態)
図１は本発明の光ポインティング装置１の第１実施形態の構成を説明するための断面図である。図２、図３および図４は本発明の第１実施形態の光ポインティング装置１の光学系を、被写体として指先１０を使用した場合に関して説明するための図である。

被写体である指先１０を照明するために光源としてＬＥＤ光源１７が光路変換素子１２の下に配置されている。

接触面１１の上には被写体である指先１０が接触する。前記指先１０は、ＬＥＤ光源１７から発せられた光軸Ｓ１で示す照明光で照明され、散乱反射する。

前記指先１０は散乱反射像を形成するが、前記散乱反射光の一部が結像光学系の光軸Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３で示される結像光となる。

前記被写体である指先１０の散乱反射像は、第１折り曲げ素子であるプリズム１２の垂直方向上側の面である接触面１１から、結像光学系の光軸Ｚ１で示すように取り込まれる。

前記接触面１１から取り込まれた光は、結像光学系の光軸Ｚ２で示すように、第１折り曲げ素子に設けられた第１傾射面１３で反射好ましくは全反射し、第１折り曲げ素子を出射する。

前記第１折り曲げ素子を出射した光は、結像素子であるレンズ１５を介して、第２折り曲げ素子である立ち下げプリズム２３に入射する。

前記第２折り曲げ素子である立ち下げプリズム２３に入射した光は、結像光学系の光軸Ｚ３で示すように、該立ち下げプリズム２３内の第２傾斜面２６で反射好ましくは全反射により再び折り曲げられ、立ち下げプリズム２３を出射する。

前記第２折り曲げ素子を出射した光は、前記レンズ１５の作用により、撮像素子１６上に像として結ばれ、画像処理装置であるＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２５に画像データとして取り込まれる。

前記第１傾斜面１３と第２傾斜面２６は、略平行にすることが望ましいが、収差が問題とならない範囲で、若干平行状からずれていても問題はない。

前記撮像素子１６は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等のイメージセンサであり、前記接触面１１の像を一定の間隔で撮影し続ける。被写体である指先１０が移動した場合、撮影される画像は、直前に撮影したものとは所定量ずれた画像となる。光ポインティング装置１は、前記画像中の同一部分のずれ量を前記画像処理装置であるＤＳＰ２５で比較して、前記被写体の移動量と移動方向を判断している。

本発明の第１折り曲げ素子であるプリズム１２と前記接触面１１は、光ポインティング装置１のカバー部材と一体で構成することで厚みを削減するとともに、前記第１傾斜面１３を高精度に形成でき、光ポインティング装置の組み立て性があがる。

結像レンズ１５は、第２折り曲げ素子である立ち下げプリズム２３と一体に構成されている。前記立ち下げプリズム２３をカバー部材２４に組み付ける構造とすることで、前記プリズム面１３、結像レンズ１５および立ち下げプリズム２３の位置関係を高精度に管理できる。

絞り２２は、前記結像レンズ１５に入射する迷光を遮断するために結像レンズ１５の有効面外に貼付けられている。

撮像素子１６は、画像処理装置であるＤＳＰ２５上に一体的に形成されている。また前記画像処理装置であるＤＳＰ２５は、例えば回路基板２１上に接合されて透明樹脂モールド２０ｂで封止されている。ＬＥＤ光源１７も同一回路基板２１上に接合されており、透明樹脂モールド２０ａで封止されているが透明樹脂モールド２０ｂとは分離されており、ＬＥＤ光源１７の光が透明樹脂モールド内部を伝播して前記撮像素子１６に漏れこむのを防いでいる。

なお、前記ＬＥＤ光源１７、撮像素子１６が搭載されている基板２１は、前記光学系とは透明樹脂モールド２０ａ、２０ｂの上面を当接するだけのパッシブアライメント形態で組み立てられている。

ここで、光路長を短くしつつ、前記傾斜面１３の全反射条件を維持するには、指先１０からの散乱反射光が傾斜面１３に入射する際、前記傾斜面１３への入射角が最も小さくなる、即ち傾斜面１３の法線に近い方向から入射する場合である図２のｄ部分が最も厳しい条件となる。

光路長の内、結像素子１５より被写体側の光路長である物体側光路長をＬとし、第１折り曲げ素子１２の第１傾斜面１３と接触面１１の傾斜角度をα、折り曲げ素子の屈折率をｎ、接触面１１における被写体の撮影範囲をａ、接触面１１から第１傾斜面１３までの部分の結像光学系のあおり角をφとすると、前記物体側光路長Ｌは以下の式（２）から式（４）の条件を満足する必要がある。

γ×（ａ／２）×（COSφ＋γ×SINφ）＜ Ｌ ・・・（２）
γ＝TAN｛９０°−α＋SIN^−１（１／ｎ）｝ ・・・（３）
φ＝２×（４５°−α） ・・・（４）
なお、Ｌは空気換算距離で表す。

図２に示すように前記指先１０から第１傾斜面１３の中心点までの距離をＡ、前記第１傾斜面１３の中心点から出射面１４の中心点までの距離をＢ、前記出射面１４の中心点から結像素子であるレンズ１２の中心点までの距離をＣとした場合、物体側光路長Ｌは以下の式（５）で表される。

Ｌ＝Ａ／ｎ＋Ｂ／ｎ＋Ｃ ・・・（５）
物体側光路長Ｌが、式（２）を満足するように設定することで、前記第１傾斜面１３を全反射面とすることが出来、前記第１傾斜面にアルミニウム等の鏡面処理を行う必要が無くなる。

これは、第１折り曲げ素子であるプリズム１２の製造コストを抑えることが出来るのみでなく、ＬＥＤ光源１７の光を、前記第１傾斜面１３を通して前記接触面１１上の被写体である指先１０に伝えることが出来るとこになり、装置の水平および垂直方向の小型化が行える。

例えば、第１傾斜面１３と接触面１１の傾斜角度であるαを４５°、接触面１１における被写体の撮影範囲であるａを０．７ｍｍ、前記第１折り曲げ素子の屈折率であるｎを１．５９とした場合、Ｌは１．８８ｍｍ以上の長さが必要になる。

ここで、前記第１傾斜面１３と前記接触面１１の成す角度αを４５°より小さくすることで、物体側光路長Ｌを短くすることが可能となる。

例えば、第１傾斜面１３と接触面１１の傾斜角度であるαを４２°とした場合、前記物体側光路長Ｌは１．５２ｍｍ以上となる。前記αが４５°のケースの物体側光路長Ｌが１．８８ｍｍ以上の値と比べて、物体側光路長Ｌを短く出来る。

前記接触面１１における被写体の撮影範囲であるａは、小さいほど光ポインティング装置を小型薄型化できるが、認識精度が劣化することになる。

前記接触面１１における被写体の撮影範囲であるａの最小値に関して説明する。図３（ａ）に示すように接触面１１に接触した指先１０を、図３のＸ方向から見た場合、図３（ｂ）のように、指紋の像による白黒の縞模様が観察される。

指紋の凹凸を散乱反射光の濃淡として２値化し、白黒で表現したとき、光ポインティング装置として使用するには、指紋の縞が1本分、即ち黒白黒の判断ができれば使用可能である。マージンを見込んで２本、つまり黒白黒白黒と考えた場合、ａは０．７〜０．８ｍｍ程度あれば良いことになる。

次に、結像素子１５から撮像素子１６側の光路長である像側光路長Ｉと物体側光路長Ｌの関係を考える。なお、この時の像側光路長Ｉは物体側光路長Ｌと同様に空気換算距離である。

図４に示すように、前記結像素子であるレンズ１５の面頂から第２傾斜面２６の中心点までの距離をＥ、前記第２傾斜面２６の中心点から第２折り曲げ素子の出射面の中心点までの距離をＦ、前記第２折り曲げ素子の出射面の中心点から撮像素子１６の中心点までの距離をＧ、立ち下げプリズムの屈折率をｎ１、透明樹脂モールド２０ｂの屈折率をｎ２とした場合、像側光路長Ｉは、以下の式（６）で表される。

Ｉ＝Ｅ／ｎ１＋Ｆ／ｎ１＋Ｇ／ｎ２ ・・・（６）
なお、前記第２折り曲げ素子の出射面の中心点から撮像素子１６の中心点までの距離をＧは、図４では図示していない透明樹脂モールド２０ｂ内にあるため、透明樹脂モールド２０ｂの屈折率ｎ２で除している。

次に、結像素子１５の有効径をＤ、結像光学系の実効ＦナンバーをＦｅ、撮像倍率をＭとした場合、前記物体側光路長Ｌ、前記像側光路長Ｉとは以下の式（７）と式（８）の関係がある。

Ｄ＝Ｌ×Ｍ×COSφ／Ｆｅ ・・・（７）
Ｍ＝Ｉ／Ｌ ・・・（８）
ここで光ポインティング装置の垂直方向の小型化のためには、結像素子１５の有効径は、接触面１１における被写体の撮影範囲ａより小さいことが好ましく、以下の式（９）を満足する必要がある。

Ｄ＜ａ ・・・（９）
よって、式（７）、式（９）より、下記の式（１０）が求まる。

Ｌ＜ａ×Ｆｅ／Ｍ×COSφ ・・・（１０）
ここで、実効ＦナンバーＦｅは撮像素子１６の撮像感度により決まる値であるが、高感度でない一般的な撮像素子では５以下となる。

また、結像光学系全体の光路長を短縮化して、光ポインティング装置の水平方向の小型化のためには、撮像倍率Ｍは以下の式（１１）を満足する必要がある。

Ｍ＜１ ・・・（１１）
式（１１）を満足することによって、物体側光路長Ｌに対して、像側光路長Ｉが小さくなり、結像光学系全体の光路長を短縮化することが出来る。

これは、接触面における被写体の撮影範囲ａに対して、それ以下のサイズの有効撮像領域を持つ撮像素子１６を使用することにより、像側光路長Ｉを小さくすることに他ならない。

一般的に、光ポインティング装置では指紋の凹凸の動きを認識しており、接触面１１における被写体の撮影範囲ａは、前記指紋の動きを判断する理由により０．７〜０．８ｍｍが望ましい。よって、撮像素子１６の有効撮像領域の幅をＨとした場合、光ポインティング装置の小型化の観点から、有効撮像領域の幅Ｈは、接触面１１における被写体の撮影範囲ａより小さい０．７ｍｍ以下にすることが望ましい。

例えば、ａ＝０．７ｍｍ、Ｆｅ＝３．２、Ｈ＝０．５６ｍｍ、α＝４２°とした場合、撮像倍率Ｍは有効撮像領域の幅Ｈを接触面１１における被写体の撮影範囲ａで除した、０．８となる。よって、式（１０）よりＬは２．８１ｍｍ未満となる。

つまり、上述した全反射条件と合わせて、物体側光路長Ｌを、１．５２ｍｍから２．８１ｍｍの範囲とすることで、モジュールの水平・垂直方向の小型化が可能となる。

なお、前記例では第１傾斜面１３が接触面１１と成す角度に関して、４２°から４５°の範囲で説明したが、実験及びシミュレーションでは、下限は４０°までであれば、コマ収差が許容できた。一方、記例では第１傾斜面１３が接触面１１と成す角度が４５°より大きい場合、従来技術に対して第１傾斜面１３の厚みが厚くなり、光ポインティング装置の薄型化には繋がらない。よって、第１傾斜面１３が接触面１１と成す角度は、４０°から４５°までとする。

また、図５に示すように、前記第１傾斜面１３と接触面１１と成す角度を４５°より小さくすることで、結像素子であるレンズ１５を、光ポインティング装置の厚み方向より観て被写体側を意味する高い位置に配置することが可能となる。

図５（ａ）は、前記第１傾斜面１３と接触面１１と成す角度が４５°の場合の光学系の説明図であり、図５（ｂ）と（ｃ）は、前記第１傾斜面１３と接触面１１と成す角度が４５°未満の場合であり、その一例として４０°のときの光学系の配置を説明する図である。

Ｚ０は結像素子であるレンズ１５の自身の光軸で、レンズ１５の面頂の法線と一致する。Ｚ１からＺ３は、被写体である指先１０の中心を発した主光線が通る光路を示す。

図５（ｂ）は、撮像素子であるレンズ１５の光軸Ｚ０が、図５（ａ）の前記第１傾斜面１３と接触面１１と成す角度が４５°のときと一致するように光学系を配置した場合で、図５（ｃ）は、撮像素子であるレンズ１５の光軸Ｚ０が、前記第１傾斜面１３と接触面１１と成す角度が４５°のときより高い位置となるように配置した場合を示す。

図５（ａ）から（ｃ）に示すＹａからＹｃは、光ポインティング装置１の薄型化に関係する、接触面１１から撮像素子１６の裏面までの厚み方向の距離を示す。ＹａとＹｂはほぼ同じ距離であるが、Ｙｃは、撮像素子であるレンズ１５の光軸Ｚ０が、本光ポインティング素子厚み方向である上側に移動した分だけ短くなる。

即ち、第１傾斜面１３と接触面１１と成す角度を４５°より小さくし、更に、接触面１１から第１傾斜面１３までの部分の結像光学系の光路Ｚ１のあおり角φをほぼ０°となるように小さくした図５（ｃ）に示す光学配置のとき、結像素子であるレンズ１５は、被写体である指先１０の中心を発した主光線の光路Ｚ１とＺ２が通る前記第１傾斜面の中心より、高い位置に配置される。この結果、撮像素子１６も光ポインティング装置の厚み方向より観て被写体側を意味する高い位置に配置でき、光ポインティング装置１を薄型化することができる。

また、図５（ｂ）と図５（ｃ）を比べればわかるように、接触面１１から第１傾斜面１３までの部分の結像光学系の光路Ｚ１のあおり角φを小さくすることは、結像光学系の水平方向の長さを小さくすることにも繋がり、光ポインティング装置１に関して、薄型化とともに小型化も達成できる。

また、上記説明では、前記あおり角φをほぼ０°の場合で説明したが、図５（ｂ）は前記式（４）の状態を表し、前記あおり角φが０°から前記式（４）を満たす範囲であれば本発明の効果が得られる。

なお、結像素子１５に関して、本実施形態ではレンズを使用して説明したが、レンズの他にピンホールを用いることも可能である。ピンホールを用いた場合、結像素子１５を薄くすることができるため、小型化に有利である。一方レンズを用いた場合、小さなサイズでより多くの光を取り込めるため、得られる像の明るさが明るくでき、信号対ノイズ比を高くすることができる。

以上、本発明の光ポインティング装置１においては、前記第１折り曲げ素子であるプリズム１２の第１傾斜面１３を全反射面としつつ、装置の水平、垂直方向の小型化が可能になる。

次に、本発明の光ポインティング装置の組立に関して図６を用いて説明する。

光ポインティング装置の回路基板２１上に、撮像素子１６と画像処理装置であるＤＳＰ２５とＬＥＤ光源１７が実装され、透明樹脂モールド２０ａと２０ｂで封止された部材を、光ポインティング装置下部１ｂとし、それ以外の部材を、光ポインティング装置上部１ａとする。

図６の（ａ）、（ｂ）は前記光ポインティング装置上部１ａを、撮像素子側である裏側から見た斜視図である。また、前記（ａ）はカバー部材２４へ、立ち下げプリズム２３および絞り２２の組み込み前、前記（ｂ）は、カバー部材２４へ、立ち下げプリズム２３および絞り２２の組み込み後を表す。また、図６（ｃ）は前記光ポインティング装置下部１ｂを被写体方向である表面側から見た斜視図である。

光ポインティング装置上部１ａは、第１折り曲げ素子であるプリズム１２が一体的に形成されたカバー部材２４と、立ち下げプリズム２３および絞り２２で構成されている。また、光ポインティング装置下部１ｂは、光ポインティング装置上部１a以外の部品で構成されている。

前記カバー部材２４には、第２折り曲げ素子の第２傾斜面が勘合する第１テーパー部２４ａ、２４ｂ、２４ｃと、前記光ポインティング装置下部１ｂが勘合するマウント面２４ｅが一体的に形成されている。

また、前記テーパー部２４ａには、第２折り曲げ素子の第２傾斜面において、結像光が照射される部分は全反射条件を維持するため、ザグリ２４ｄが設けられており、空気層を確保している。

また、立ち下げプリズム２３には、第２テーパー部２３ｂ、２３ｃ及びレンズコバ面２３ｄが一体的に形成されている。

第１テーパー部２４ｂと第２テーパー部２３ｂは平行になっている。また第１テーパー部２４ｃと第２テーパー部２３ｃおよび、第２傾斜面２６と第１テーパー部２４ａも同様に平行になっている。

光ポインティング装置上部１ａの組立は、前記第１テーパー部に対して、第２テーパー部が勘合することで行われる。

立ち下げプリズム２３のレンズコバ面２３ｄに対して、絞り２２が貼り付けられ、第２テーパー部２３ｂと第１テーパー部２４ｂが、第２テーパー部２３ｃと第１テーパー部２４ｃが、第２傾斜面２６と第１テーパー部２４ａが合わさった後、前記全反射を確保するザグリ２４ｄ部を除く、接触している部分以外の所に接着剤を塗布し、図６（ｂ）の状態となって完成する。

第２テーパー部２３ｂと第１テーパー部２４ｂ、および第２テーパー部２３ｃと第１テーパー部２４ｃとが合わさることで、プリズム１２と立ち下げプリズム２３の垂直方向の位置決めが行われ、第２傾斜面２６の全反射に関与しない部分が第１テーパー部２４ａとが合わさることで、前記水平方向の位置決めが行われる。

前記各テーパー部はそれぞれ、筐体相当するカバー部材２４や、第２折り曲げ素子と一体的に形成されるため、単体で２０ミクロン以下の公差で製造することが出来、総組立公差は二乗平均で３０ミクロン以下の高い精度を実現できる。

また、テーパー部同士を勘合させているため、位置決めが半自動的に行われ、組立てが熟練を要さず、簡単に行える。

さらに、外光による誤動作を軽減させるために、第２折り曲げ素子である立ち下げプリズム２３とカバー部材２４との間に、全反射に影響しない形態で薄い遮光板を設ける場合でも、テーパー部分で位置決めされているため、遮光板の厚み誤差等の影響がでない。

前記光ポインティング装置上部１ａを組立てた後、図６（ｃ）に示す光ポインティング装置下部１ｂの封止樹脂２０ａ、２０ｂに対して、光ポインティング装置上部１ａのマウント面２４ｅが接触するように勘合させて接着するだけで、組立全工程が終了する。

なお、図示していないが、封止樹脂２０ａ、２０ｂとカバー部材２４をテーパー勘合するようにすることで、撮像素子１６の有効エリアに対して、光学系の位置あわせを簡単かつ正確に行うことが出来る。

なお、本実施形態では、各部品同士のパッシブアライメント用として、テーパー面を用いているが、これに限るものではなく、ピンと穴による勘合方法を用いても高精度の位置決めおよび組立が可能である。

(第２実施形態)
第２実施形態では、本発明の光ポインティング装置を採用した電子機器として、携帯型情報端末である携帯型電話機へ本発明の光ポインティング装置を搭載した場合に関して説明する。

図７の（ａ）から（ｃ）は、携帯型電話機の構成を示した図である。図７の（ａ）は、携帯型電話機１００の正面側であり、図７の（ｂ）は、携帯型電話機１００の背面側であり、図７の（ｃ）は、携帯型電話機１００の側面側である。

本実施形態の携帯型電話機１００は、モニター側筐体１０１、操作側筐体１０２、マイク部１０３、テンキー１０４、モニター部１０５、スピーカー部１０６、および本発明の光ポインティング装置１０７と、を備えている。

スピーカー部１０６およびマイク部１０３は、音声情報を入出力するために用いられる。モニター部１０５は、映像情報を出力するために用いられ、本第３実施形態においては、光ポインティング装置１０７からの入力情報を表示するためにも用いられる
尚、第３実施形態において、光ポインティング装置１０７は、図７（ａ）に示すテンキー１０４の上部に配置されているが、配置方法および光ポインティング装置１０７の向きについては、これに限定されるわけではない。

なお、第３実施形態の携帯型電話機１００は、図７（ａ）から図７（ｃ）に示すように、上部の筐体と下部の筐体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型電話機１００を例として挙げているが、光ポインティング装置１０７を搭載することができる携帯型電話機１００は、もちろん折りたたみ式に限るものではない。

しかしながら、携帯型電話機においては、本実施形態のように折りたたみ式が主流であり、折りたたんだ状態で厚みが１０ｍｍ以下のものも登場してきている。携帯性を考慮するならばその厚みは小形化とともに極めて重要な要素となっている。

図７の背面図（ｂ）、側面図（ｃ）に示す操作側筐体１０２において、図示されない内部の回路基板等を除いて、その厚みを決定する部品は、マイク部１０３、テンキー１０４、
光ポインティング装置１０７となる。この中で、光ポインティング装置１０７の厚さが最も厚く、また、ボタン等の占める面積も大きい。光ポインティング装置１０７の小型化と薄型化は、携帯型電話機１００の小型化と薄型化に直接繋がる。よって、本発明の光ポインティング装置は携帯型電話機１００の小型薄型化に好適な発明である。

１ 光ポインティング装置
１ａ 光ポインティング装置上部
１ｂ 光ポインティング装置下部
１０ 指先（被写体）
１１ 接触面
１２ 第１折り曲げ素子（プリズム）
１３ 第１傾斜面
１４ 出射面
１５ 結像素子（レンズ）
１６ 撮像素子
１７ ＬＥＤ光源
２０ａ、２０ｂ 透明樹脂モールド
２１ 回路基板
２２ 絞り
２３ 第２折り曲げ素子（立ち下げプリズム）
２３ｂ、２３ｃ 第２テーパー部
２３ｄ レンズコバ面
２４ カバー部材
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 第１テーバー部
２４ｄ ザグリ
２４ｅ マウント面
２５ 画像処理装置（ＤＳＰ）
２６ 第２傾斜面
１００ 携帯型電話機
１０１ モニター側筐体
１０２ 操作側筐体
１０３ マイク部
１０４ テンキー
１０５ モニター部
１０６ スピーカー部
１０７ 光ポインティング装置

Claims (5)

1. 被写体が接する接触面と、
   前記被写体から発した光線を折り曲げる第１傾斜面を有した第１折り曲げ素子と、
   前記折り曲げられた光線を像として結像させる結像素子と、
   前記結像素子からの結像光を折り曲げる第２傾斜面を有した第２折り曲げ素子と、
   前記結像光を撮像する撮像素子を有し、
   前記第１傾斜面は、前記接触面との成す角度が、４０°から４５°の範囲にあるとこを特徴とする光ポインティング装置
2. 前記結像素子の中心は、前記第１傾斜面の中心よりも高い位置にあ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
3. 前記結像素子は、前記第２折り曲げ素子と一体成形可能な構成で設けられ、
   前記接触面と前記結像素子の空気換算距離が次式（１）を満たし、
   かつ、前記被写体の撮像倍率が１以下であ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。
   γ×（ａ／２）×（COSφ＋γ×SINφ）＜Ｌ＜ａ×Ｆｅ／（Ｍ×COSφ） ・・・（１）
   （但し、αは前記第１傾斜面と前記接触面の成す角度、ｎは前記第１折り曲げ素子の屈折率、ａは前記接触面における前記被写体の撮影範囲、φは２×（４５°−α）、Ｆｅは前記結像素子の実効Ｆナンバー、Ｍは光ポインティング装置の撮像倍率、γはTAN（９０°−α＋SIN^−１（１／ｎ））である。）
4. 前記第１折り曲げ素子は、カバー部材と一体で成形され、
   前記第２折り曲げ素子は、前記第１折り曲げ素子に対して、高さ方向及び光軸方向ともにパッシブアライメントで組み立てられ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
5. 請求項１から４に記載の光ポインティング装置を備えたことを特徴とする電子機器