JP4699550B2 - Optical pointing device and electronic device including the same - Google Patents
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Description
本発明は光ポインティング装置およびそれを備える電子機器に関するものであり、より詳細には、携帯電話機やPDA(Personal Digital Assistants)等の携帯情報端末(電子機器)に搭載可能な入力装置としての光ポインティング装置、およびそれを備える電子機器に関するものである。 The present invention relates to an optical pointing device and an electronic device including the same, and more specifically, an optical pointing device as an input device that can be mounted on a portable information terminal (electronic device) such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistants). The present invention relates to an apparatus and an electronic apparatus including the apparatus.
携帯電話機やPDA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(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、ディスプレイ部を二次元で用いるGUI(Graphical User Interface)が採用されるようになってきている。 In a small electronic device typified by a portable information terminal such as a mobile phone or a PDA, a keypad is generally employed as a user interface for inputting information. The keypad is usually composed of a plurality of buttons for inputting numbers and characters and direction buttons (cross keys). In recent years, with the display of graphics and the like being possible on the display unit of a portable information terminal, a GUI (Graphical User Interface) that mainly uses the display unit in two dimensions has been adopted as a method for displaying information to the user. It is becoming.
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、メニューキーおよ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、不便である。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または光学式マウス等のマウスやタッチパッド、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。 As described above, since the portable information terminal is highly functional and has a display function equivalent to that of a computer, the input means of the conventional portable information terminal that uses menu keys and other function keys as direction keys are expressed in GUI. It is not suitable for selecting an icon or the like and is inconvenient. For this reason, a portable information terminal is required to have a pointing device that enables intuitive operation, such as a mouse such as a ball mouse or an optical mouse used in a computer, a touch pad, or a tablet. ing.
しかしながら、携帯情報端末は携帯することを前提としているため、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、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三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は採用し難いという問題がある。 However, since the portable information terminal is assumed to be carried, there is a problem in adopting a separate pointing device separated from the main body as the pointing device of the portable information terminal. In addition, a track ball-type pointing device occupies a three-dimensional space that is physically larger than a certain level, and thus has a problem that it is difficult to adopt it for a thin and small portable information terminal.
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(例えば、指先等)を撮像素子で観察し、接触面における被写体の模様(例えば、指紋等)の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。つまり、被写体にて反射された光によって形成された被写体の像をイメージセンサ等の撮像素子で連続的に撮像し、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、該変化量に基づいて被写体の動きを算出し、電気信号として出力する光ポインティング装置が提案されている。この光ポインティング装置を用いることによって、ディスプレイ上に示されたカーソル等を被写体の動きに合わせて移動させることができる。 Therefore, as a pointing device that can be mounted on a portable information terminal, a subject (for example, a fingertip) that contacts the pointing device is observed with an image sensor, and a change in the pattern of the subject (for example, a fingerprint) on the contact surface is extracted. Has proposed an optical pointing device that detects the movement of a subject. That is, an image of a subject formed by light reflected by the subject is continuously captured by an image sensor such as an image sensor, and a change amount of the captured image data with respect to the image data captured immediately before is extracted. There has been proposed an optical pointing device that calculates the movement of a subject based on the amount and outputs it as an electrical signal. By using this optical pointing device, the cursor or the like shown on the display can be moved in accordance with the movement of the subject.
例えば特許文献1には、光源から出射され、被写体にて反射された光を水平方向(装置を水平に載置した場合)に反射する反射鏡と、水平の光線経路上に対向して垂直に設置された集光レンズおよびイメージセンサ(撮像素子)とを備える光ポインティング装置が記載されている(特許文献1の要約書を参照)。
For example,
特許文献1の光ポインティング装置においては、反射鏡が設けられたブロック状の遮光壁で、光源から出射された光が直接、イメージセンサに入射しないように遮光される構成となっている。つまり、光を反射鏡でイメージセンサに導く特許文献1の光ポインティング装置においては、光源から出射された光が被写体で反射することなく迷光(規定の光線経路を通過しない光)となってイメージセンサに受光されることを容易に防止することができる構成となっている。
In the optical pointing device of
ところで、近年、反射鏡等の鏡を複数組み合わせて光を撮像素子に導く構成の光ポインティング装置に代わって、被写体からの反射光を反射させて導光する導光型光学部材を光学部材として用いた光ポインティング装置が種々提案されている。 By the way, in recent years, a light guide type optical member that reflects and guides reflected light from a subject has been used as an optical member in place of an optical pointing device configured to combine a plurality of mirrors such as a reflecting mirror to guide light to an imaging device. Various optical pointing devices have been proposed.
しかしながら、導光型光学部材を用いた光ポインティング装置においては、光が導光型光学部材の内部を導光されるため、前記ブロック状の遮光壁等を設けることができないので、迷光を遮光することができないという問題点を有している。迷光が撮像素子に受光されると、被写体で反射した光(散乱光)を撮像素子が受光したときに、迷光の影響によって、該光(散乱光)を充分に認識することができず、光ポインティング装置の性能が低下してしまう。それゆえ、迷光が撮像素子に受光されることを防止するための対策が求められている。 However, in the optical pointing device using the light guide type optical member, since the light is guided through the inside of the light guide type optical member, the block-shaped light shielding wall or the like cannot be provided, so that stray light is shielded. It has the problem that it cannot be done. When stray light is received by the image sensor, the light (scattered light) reflected by the subject cannot be sufficiently recognized by the effect of stray light when the image sensor receives light reflected from the subject. The performance of the pointing device is reduced. Therefore, a countermeasure for preventing stray light from being received by the image sensor is demanded.
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、導光型光学部材を用いた光ポインティング装置において、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置、およびそれを備える電子機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to reduce the influence of stray light on image data captured by an image sensor in an optical pointing device using a light guide type optical member. Another object of the present invention is to provide an optical pointing device and an electronic apparatus including the same.
本発明に係る光ポインティング装置は、上記の課題を解決するために、被写体に光を照射する光源と、該被写体からの反射光を反射させて導光する導光型光学部材と、該導光型光学部材によって導光された光を受光する撮像素子とを備えた光ポインティング装置であって、上記光源は、透光性樹脂からなる構造体に収容されており、上記構造体には、撮像素子側でかつ被写体に近い部位に、光源から出射された光が被写体で反射することなく上記導光型光学部材によって導光されて撮像素子に受光されることを防止するために、被写体方向に向かって立設する立設面を有する切欠き部が設けられていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, an optical pointing device according to the present invention includes a light source that irradiates light to a subject, a light guide type optical member that reflects and guides reflected light from the subject, and the light guide. An optical pointing device including an imaging element that receives light guided by a mold optical member, wherein the light source is accommodated in a structure made of a light-transmitting resin, and the structure is imaged In order to prevent light emitted from the light source from being guided by the light guide type optical member and reflected by the imaging element on the element side and near the subject without being reflected by the subject. It is characterized in that a notch portion having a standing surface standing upright is provided.
上記の構成によれば、光源を収容する構造体における撮像素子側でかつ被写体に近い部位に、被写体方向に向かって立設する立設面を有する切欠き部が設けられている。このため、光源から出射され立設面に到達した光は、該立設面を通過するときに屈折して被写体方向に向かって進むようになる。つまり、光源から出射された光が被写体で反射することなく迷光となることを防止することができるという効果を奏する。即ち、導光型光学部材を用いた光ポインティング装置において、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置を提供することができる。また、光源から出射され立設面に到達した光を被写体方向に向かって進めることができるので、光源から出射された光の利用効率を向上させることができるという効果を併せて奏する。 According to said structure, the notch part which has the standing surface standing up toward a to-be-photographed object side is provided in the site | part close | similar to a to-be-photographed object side in the structure which accommodates a light source. For this reason, the light emitted from the light source and reaching the standing surface is refracted and travels toward the subject when passing through the standing surface. That is, it is possible to prevent the light emitted from the light source from becoming stray light without being reflected by the subject. That is, in the optical pointing device using the light guide type optical member, it is possible to provide an optical pointing device in which the influence of stray light on the image data captured by the imaging element is reduced. Further, since the light emitted from the light source and reaching the standing surface can be advanced toward the subject, it is possible to improve the utilization efficiency of the light emitted from the light source.
本発明に係る光ポインティング装置は、上記導光型光学部材は、被写体からの反射光を導光方向へ導光すべく反射させる反射部と、該反射部にて反射した光をさらに上記導光方向に対して反対方向に反射させると共に結像させる結像反射部とを備え、該結像反射部にて反射した光を上記撮像素子に導光し結像させることがより好ましい。 In the optical pointing device according to the present invention, the light guide type optical member is configured to reflect the reflected light from the subject in order to guide the reflected light in the light guide direction, and further to guide the light reflected by the reflection unit. It is more preferable to provide an imaging reflection unit that reflects and forms an image in the opposite direction to the direction, and guides the light reflected by the imaging reflection unit to the imaging element to form an image.
本発明に係る光ポインティング装置は、上記光源の発光面が平面であり、上記立設面は、該発光面に対して垂直に立設していることがより好ましい。 In the optical pointing device according to the present invention, it is more preferable that the light emitting surface of the light source is a flat surface, and the standing surface is erected perpendicularly to the light emitting surface.
或いは、本発明に係る光ポインティング装置は、上記光源の発光面が平面であり、上記立設面は、該発光面に対して撮像素子側またはその逆側に傾斜するようにして立設していることがより好ましい。 Alternatively, in the optical pointing device according to the present invention, the light emitting surface of the light source is a flat surface, and the standing surface is erected so as to incline to the imaging element side or the opposite side with respect to the light emitting surface. More preferably.
また、本発明に係る光ポインティング装置は、上記立設面は、被写体側から見たときに、上記光源の発光面における撮像素子側端部上に位置するように設けられていることがより好ましい。 Further, in the optical pointing device according to the present invention, it is more preferable that the standing surface is provided so as to be positioned on the image sensor side end portion of the light emitting surface of the light source when viewed from the subject side. .
或いは、本発明に係る光ポインティング装置は、上記立設面は、被写体側から見たときに、上記光源の発光面における撮像素子側端部よりも撮像素子側に位置するように設けられていることがより好ましい。 Alternatively, in the optical pointing device according to the present invention, the standing surface is provided so as to be positioned closer to the image sensor than the end on the image sensor side of the light emitting surface of the light source when viewed from the subject side. It is more preferable.
本発明に係る光ポインティング装置は、上記切欠き部における撮像素子側端部に、光源から出射された光が被写体で反射することなく上記導光型光学部材によって導光されて撮像素子に受光されることを防止するために、遮光部材が設けられていることがより好ましい。 In the optical pointing device according to the present invention, the light emitted from the light source is guided by the light guide type optical member to the image sensor side end portion of the notch and reflected by the subject and received by the image sensor. In order to prevent this, it is more preferable that a light shielding member is provided.
上記の各構成によれば、光源と被写体と撮像素子との相対的な位置関係等の諸条件等に応じて、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響がより一層低減された光ポインティング装置を提供することができる。 According to each of the above configurations, optical pointing in which the influence of stray light on the image data captured by the image sensor is further reduced according to various conditions such as the relative positional relationship between the light source, the subject, and the image sensor. An apparatus can be provided.
本発明に係る電子機器は、上記の課題を解決するために、上記の光ポインティング装置を備えていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, an electronic apparatus according to the present invention includes the above-described optical pointing device.
上記の構成によれば、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置を備えた電子機器を提供することができる。 According to said structure, the electronic device provided with the optical pointing device by which the influence by the stray light with respect to the image data imaged with the image pick-up element was reduced can be provided.
以上のように、本発明に係る光ポインティング装置は、構造体には、撮像素子側でかつ被写体に近い部位に、光源から出射された光が被写体で反射することなく導光型光学部材によって導光されて撮像素子に受光されることを防止するために、被写体方向に向かって立設する立設面を有する切欠き部が設けられている構成である。 As described above, in the optical pointing device according to the present invention, the light emitted from the light source is guided to the structure body by the light guide type optical member on the image sensor side and near the subject without being reflected by the subject. In order to prevent light from being received by the image sensor, a notch portion having a standing surface standing toward the subject direction is provided.
これにより、導光型光学部材を用いた光ポインティング装置において、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置を提供することができるという効果を奏する。また、光源から出射された光の利用効率を向上させることができるという効果を併せて奏する。 Thereby, in the optical pointing device using the light guide type optical member, there is an effect that it is possible to provide an optical pointing device in which the influence of stray light on the image data captured by the image sensor is reduced. Moreover, there is an effect that the utilization efficiency of the light emitted from the light source can be improved.
また、本発明に係る電子機器は、上記の光ポインティング装置を備えている構成である。これにより、撮像素子にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置を備えた電子機器を提供することができるという効果を奏する。 In addition, an electronic apparatus according to the present invention includes the optical pointing device described above. Thereby, there is an effect that it is possible to provide an electronic apparatus including an optical pointing device in which the influence of stray light on the image data captured by the image sensor is reduced.
(光ポインティング装置の参考例)
図6は、本発明の実施形態を説明するための参考例であって、光ポインティング装置における概略の構成を示す断面図である。図6に示すように、光学要素が一体化された導光型光学部材140を用いた光ポインティング装置100においては、遮光壁等を設けることができないので、光源101の発光面101aから出射された光の一部が透光性樹脂からなる構造体101を透過するときに屈折し、被写体で反射することなく迷光103となって撮像素子104に受光されてしまう。迷光103が撮像素子104に受光されると、被写体で反射した光(散乱光)を撮像素子104が受光したときに、迷光103の影響によって、該光(散乱光)を充分に認識することができず、光ポインティング装置100の性能が低下してしまう。それゆえ、迷光103が撮像素子104に受光されることを防止するための対策が求められている。
(Reference example of optical pointing device)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an optical pointing device as a reference example for explaining the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, in the
(本発明の実施形態)
次に、本発明の実施形態について、光源としてLED(light emitting diode)を用いた光ポインティング装置を例に挙げて説明する。本発明に係る光ポインティング装置は、例えば、携帯電話機やPDA等の携帯情報端末(電子機器)に、入力装置として搭載される。上記光ポインティング装置は、被写体(例えば、指先等)に対して光源から光を照射し、該被写体から反射された光を撮像素子で受光することによって、被写体の動きを検知するようになっている。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。以下の説明においては、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、以降の説明を省略することとする。
(Embodiment of the present invention)
Next, an embodiment of the present invention will be described by taking an optical pointing device using an LED (light emitting diode) as a light source as an example. The optical pointing device according to the present invention is mounted as an input device in, for example, a portable information terminal (electronic device) such as a mobile phone or a PDA. The optical pointing device detects movement of a subject by irradiating a subject (for example, a fingertip) with light from a light source and receiving light reflected from the subject with an image sensor. . Hereinafter, the configuration of the optical pointing device of each embodiment will be specifically described. In the following description, members having the same function and action are denoted by the same reference numerals, and the subsequent description is omitted.
〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態について、図1〜4,7に基づいて説明する。
[First embodiment]
1st Embodiment of this invention is described based on FIGS.
(光ポインティング装置の概略の構成)
図1は、光ポインティング装置の概略の構成を示す断面図である。図1に示すように、光ポインティング装置30は、回路基板21,LEDからなる光源16,構造体20,撮像素子15および透光性樹脂部材22を有する基板部、並びに、導光型光学部材24を有するカバー部を備えている。
(Schematic configuration of optical pointing device)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an optical pointing device. As shown in FIG. 1, the
上記光源16は、被写体(例えば、指先等)10に光を照射する(図1中、規定の光線経路の一例を「矢印」で示す)。回路基板21上に配置された上記光源16は、透光性樹脂からなる構造体20に収容されており、光源モジュールを形成している。具体的には、光源16は、透光性樹脂によって樹脂封止(モールディング)されている。透光性樹脂としては、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、または、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。構造体20の概略の形状は、例えば撮像素子15の長手方向に沿って伸びる立方体状や半円柱状が好ましいが、特に限定されるものではない。構造体20の詳細な形状については、後段にて説明する。構造体20の底面は、回路基板21の表面(接触面11に対向する面)と密着している。尚、構造体20は、その表面(接触面11に対向する面)に、光源16から出射された光を集光する半球状のレンズ部を必要に応じて備えていてもよい。
The
上記導光型光学部材24には、光源16に対向するようにして、被写体10が接触する接触面11が形成されている。被写体10からの反射光を反射させて導光する導光型光学部材24は、空気よりも屈折率が大きい材質で構成されている。上記接触面11に接触する被写体10は、光ポインティング装置30がその動きを検知する対象物である。カバー部を構成する導光型光学部材24は、被写体10からの反射光を導光方向へ導光すべく反射させる傾斜部(反射部)13および反射部材17と、該反射部13および反射部材17にて反射した光をさらに上記導光方向に対して反対方向に反射させると共に結像させる結像素子(結像反射部)14とを有している。該結像素子14にて反射した光は、反射部材17によってさらに反射されて撮像素子15に導光され、結像される。尚、図1においては、説明の便宜上、被写体10に対する光ポインティング装置30の大きさを誇張して記載している。
The light guide type
上記基板部は、一つの回路基板21上に光源16および撮像素子15を搭載してなっている。平面状の回路基板21は、同一材料からなり、例えば、プリント基板やリードフレーム等から構成されている。回路基板21には、光源16の発光タイミングを制御したり、撮像素子15から出力された電気信号を受けて、被写体10の動きを検知したりするための回路が形成されている。光源16および撮像素子15は、回路基板21の回路とワイヤボンドまたはフリップチップ実装によって電気的に接続されている。
The board portion has a
光源16は、上記接触面11に向けて光を照射することができる位置に配設されている。光源16の発光面16aから出射された光は、構造体20および傾斜部13を透過すると共に屈折してその進行方向が変換され、接触面11に到達する。つまり、光は、接触面11に対して斜め方向から(接触面11に対して或る範囲の入射角で)入射する。導光型光学部材24は、空気よりも屈折率が大きい材質で構成されているので、接触面11に到達した光は、接触面11上に被写体10が無い場合には、その一部が接触面11を透過し、残りの一部が接触面11で反射する。このとき、光の接触面11に対する入射角が全反射の条件を満たす場合には、光は、接触面11を透過せず、接触面11で全反射して導光型光学部材24内部に向かう。一方、接触面11に到達した光は、接触面11上に被写体10がある場合には、接触面11と接触している被写体10の表面で反射(乱反射)し、その一部が導光型光学部材24内部に向かう。光源16としては、発光面16aが平面である例えばLED等を用いることが好ましく、高輝度の赤外発光ダイオードを用いることが特に好ましい。
The
撮像素子15は、その表面が接触面11と平行になるように配置され、透光性樹脂部材22によって樹脂封止(モールディング)されており、撮像素子モジュールを形成している。透光性樹脂部材22の材質としては、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、または、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)等の熱可塑性樹脂が用いられる。透光性樹脂部材22の形状は、例えば撮像素子15の長手方向に沿って伸びる立方体状が好ましいが、特に限定されるものではない。透光性樹脂部材22の底面は、回路基板21の表面(接触面11に対向する面)と密着している。
The
導光型光学部材24によって導光された光を受光する撮像素子15は、CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)やCCD(charge coupled device)等のイメージセンサからなると共に、図示しないDSP(Digital Signal Processor:算出部)を含み、受光した光をDSPに画像データとして取り込むようになっている。つまり、撮像素子15は、光源16から出射され、被写体10で反射された光を受光し、受光した光に基づいて接触面11上の像を結像し、画像データに変換するようになっている。撮像素子15は、回路基板21からの信号の指示に従って、接触面11上の像(例えば、指紋等の模様)を一定の間隔で撮影し続けるようになっている。
The
それゆえ、接触面11に接触している被写体10が移動した場合には、撮像素子15によって撮影した画像は、その直前に撮影した画像とは異なる。撮像素子15は、上記DSPにて、撮影した画像データとその直前に撮影した画像データとの同一箇所における値をそれぞれ比較し、被写体10の移動量および移動方向を算出する。即ち、接触面11上で被写体10が移動した場合には、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。このため、撮像素子15は、DSPにて、撮像した画像データにおける直前に撮影した画像データに対する変化量を抽出し、該変化量に基づいて被写体10の移動量および移動方向を算出する。撮像素子15は、算出した移動量および移動方向を電気信号として回路基板21に出力する。
Therefore, when the subject 10 in contact with the
より詳細に説明すると、撮像素子15は、接触面11上に被写体10が無い場合には、接触面11の像を撮像する。次に、接触面11に被写体10が接触すると、撮像素子15は、接触面11と接触している被写体10表面の像を撮像する。例えば、被写体10が指先の場合には、撮像素子15は、像として指紋を撮像する。ここで、撮像素子15が撮像した画像データは、接触面11上に被写体10が無いときの画像データとは異なる画像データとなっているため、撮像素子15のDSPは、接触面11に被写体10が接触していることを示す信号を回路基板21に送信する。そして、被写体10が接触面11上を移動すると、DSPが直前に撮像した画像データと比較して、被写体10の移動量および移動方向を算出し、算出した移動量および移動方向を示す信号を回路基板21に送信する。
More specifically, the
尚、上記DSPは、撮像素子15内ではなく、回路基板21内に含まれていてもよい。その場合には、撮像素子15は、撮像した画像データを回路基板21に、順番に送信するように構成すればよい。
The DSP may be included in the
基板部は、上記回路基板21,光源16,構造体20,撮像素子15,および透光性樹脂部材22によって一体的に構成されている。そのため、光ポインティング装置30の部品点数を減らすことができ、組み立て工程数も減らすことができる。よって、光ポインティング装置30の製造コストを削減することができると共に、被写体の移動の検知精度を向上させることができる。
The substrate portion is integrally configured by the
カバー部は、導光型光学部材24等を有すると共に、光源16および撮像素子15等の基板部側の各部・各素子を保護するようになっている。カバー部は、基板部の上側(被写体10側)に位置し、基板部の側面および表面(接触面11に対向する面)に密着している。そして、主にカバー部と基板部とで形成される光ポインティング装置30の形状は、立方体状が好ましいが、特に限定されるものではない。接触面11は、被写体10が光ポインティング装置30と接する面である。接触面11は、カバー部の表面(つまり、導光型光学部材24の表面)であって、光源16の上方に位置している。
The cover part includes the light guide type
傾斜部(反射部)13は、導光型光学部材24を構成するプリズムの一面であり、光源16の上方、かつ、接触面11の下方に位置し、カバー部の裏面における基板部と接触しない箇所に形成されている。傾斜部13は、光源16から出射された光を透過させると共に屈折させて、接触面11(つまり、被写体10)に向かうように光線経路を変換する一方、被写体10からの反射光を撮像素子15に向かう方向(導光方向)へ導光すべく全反射させるようになっている。換言すると、傾斜部13は、被写体10で反射して接触面11から導光型光学部材24内部に入射した光を、水平方向(装置を水平に載置した場合)へ導光すべく全反射するようになっている。従って、傾斜部13を備えるプリズムは、空気よりも屈折率が大きい材質で構成されている。具体的には、上記プリズムは、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等が用いられる。
The inclined portion (reflecting portion) 13 is one surface of the prism constituting the light guide type
傾斜部13によって導光された光は、導光型光学部材24内部を導光され、反射部材17で反射されて結像素子14に照射される。反射部材17は、傾斜部13で全反射された光を結像素子14に入射させ、結像素子14から反射された光を反射して撮像素子15に入射させるようになっている。反射部材17は、撮像素子15の上方であって、カバー部の表面(つまり、導光型光学部材24の表面)に位置している。反射部材17は、カバー部の表面にアルミニウム等を蒸着させて反射膜を形成することによって設けられている。上記反射膜は、外部に露出しておりユーザに見えるため、外観上、できるだけ目立たない膜とすることが望ましい。例えば、光源16が出射する光の波長が可視波長外の赤外波長(例えば、800nm以上)である場合には、反射部材17を形成する反射膜は、赤外線反射膜であればよい。即ち、反射部材17を形成する反射膜は、光源16から出射された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。これにより、被写体10からの反射光を効率的に反射し、かつ、外観上は目立たない反射部材17を形成することができる。
The light guided by the
また、光源16が出射する光の波長が可視波長外の赤外波長(例えば、800nm以上)である場合には、カバー部(つまり、導光型光学部材24)は、赤外光のみを透過する可視光吸収型のポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂にすればよい。このような材質でカバー部を形成することによって、カバー部の外部から進入してくる不要光のうち、可視光成分をカバー部で遮断することができる。そして、上述のように、赤外光を反射する反射部材17を形成することによって、上記不要光のうち、赤外光成分を反射部材17で遮断することができる。従って、光ポインティング装置30に入射する不要光を遮断することによって、該不要光による誤動作を防ぐことができる。
Further, when the wavelength of light emitted from the
結像素子14は、互いに直交する二方向の曲率が異なるトロイダル面を備えており、撮像素子15を挟んで接触面11および光源16とは反対側に配置されている。反射型のレンズの役割を果たす上記トロイダル面には、金属(例えば、アルミニウム、ニッケル、金、銀、誘電体ダイクロ膜等)を蒸着させることによって反射膜が形成されている。結像素子14は、トロイダル面にて被写体10からの反射光を該反射光の導光方向に対して反対方向(撮像素子15に向かう方向)に反射させると共に、撮像素子15上に被写体10の像を結像するようになっている。つまり、結像素子14は、傾斜部13で水平方向(装置を水平に載置した場合)に反射された光を逆方向に反射すると共に、上記撮像素子15に導光し結像させるようになっている。結像素子14によって反射された光は、導光型光学部材24の出射部から出射して撮像素子15に入射し、結像する。
The
反射部材18は、反射部材17に対向するように、カバー部の裏面(つまり、導光型光学部材24の裏面)における撮像素子15と結像素子14との間に位置している。反射部材18および反射部材17は、結像素子14からの反射光を反射させて撮像素子15に入射させるようになっている。反射部材18は、カバー部の裏面に金属(例えば、アルミニウム、ニッケル、金、銀、誘電体ダイクロ膜等)を蒸着させて反射膜を形成することによって設けられている。
The
カバー部は、結像素子14,反射部材17および反射部材18等を備える上記導光型光学部材24によって一体的に構成されている。そのため、光ポインティング装置30の部品点数を減らすことができ、組み立て工程数も減らすことができる。よって、光ポインティング装置30の製造コストを削減することができると共に、被写体の移動の検知精度を向上させることができる。
The cover part is integrally constituted by the light guide type
従って、接触面11に被写体10が接触している場合において、光源16から出射された光が被写体10で反射して撮像素子15に入射するまでの規定の光線経路は、以下のようになる。即ち、光源16から出射された光は、先ず、構造体20および傾斜部13を透過すると共に屈折して、接触面11に到達する。接触面11に到達した光は、被写体10における接触面11に接している表面で反射(乱反射)し、導光型光学部材24内部を通過して傾斜部13で全反射されて、水平方向(装置を水平に載置した場合)に導光される。傾斜部13で全反射された光(反射光)は、反射部材17で反射して結像素子14に到達する。そして、結像素子14で反射された光は、反射部材18および反射部材17でさらに反射されて、撮像素子15に入射する。これにより、撮像素子15は、被写体10の動きを検知することができる。
Therefore, when the subject 10 is in contact with the
(構造体の詳細な形状)
上記構成の光ポインティング装置30における構造体20の詳細な形状について、以下に説明する。図2は、光ポインティング装置30の要部の構成を示す断面図である。図2に示すように、構造体20には、撮像素子15側でかつ接触面11に近い部位に、光源16の発光面16aから出射された光が被写体10で反射することなく導光型光学部材24によって導光されて撮像素子15に受光されること、即ち、光が迷光となって撮像素子15に受光されることを防止するために、接触面11方向に向かって立設する立設面20aと、該立設面20aに交差(直交)する横設面20bとを有する切欠き部25が設けられている。具体的には、該立設面20aは、平面である上記発光面16aに対して垂直になるように、かつ、その法線方向が撮像素子15側に向かう水平方向(装置を水平に載置した場合)となるように形成(立設)されている。さらに、上記立設面20aは、接触面11側(つまり、被写体10側)から見たときに、上記光源16の発光面16aにおける撮像素子15側端部上に位置するように設けられているか、若しくは、上記光源16の発光面16aにおける撮像素子15側端部よりも撮像素子15側に位置するように設けられていることが好ましい。上記横設面20bは、上記発光面16aに対して水平になるように形成されている。
(Detailed shape of the structure)
The detailed shape of the
構造体20に切欠き部25が設けられていることにより、光源16から出射され立設面20aに到達した光、つまり、立設面20aに対して鋭角な入射角度で入射した光は、立設面20aを通過するときに、接触面11側(つまり、被写体10側)に屈折して接触面11方向(つまり、被写体10方向)に向かって進むようになる(図2中、迷光の一例を「矢印」で示す)。即ち、立設面20aは、光源16の発光面16aから出射された光の光線角度を変化させることによって、導光型光学部材24に対する光の入射角度を変化させて、接触面11(つまり、被写体10)に向かうように光線経路を変換する。それゆえ、光源16の発光面16aから出射された光が被写体10で反射することなく導光型光学部材24によって導光されて撮像素子15に受光されること、即ち、光が迷光となって撮像素子15に受光されることを防止することができる。
By providing the
構造体20に切欠き部25を設けることにより、設けない場合(例えば図6に記載の構成)と比較して、一例として迷光を25%減少させることができる。ここで、上記光ポインティング装置30において、構造体20に切欠き部25を設けたことによって奏する効果をより具体的に説明する。図7は、上記光ポインティング装置30において、構造体20に切欠き部25を設けたことによって奏する効果を説明するためのグラフであり、(a)は構造体に切欠き部を設けない場合の照度分布を示すグラフであり、(b)は構造体20に切欠き部25を設けた場合(本発明)の照度分布を示すグラフであり、(c)は上記両グラフを合成したグラフである。グラフの横軸は、撮像素子の光源側端部が左端に、撮像素子の結像素子側端部が右端に位置するようにして、撮像素子の照度分布を測定したことを表している。グラフの縦軸は、構造体に切欠き部を設けない場合における迷光の最大照度を「1」として、これに対する照度の割合を表している。従って、(a)のグラフにおける最大値は「1」となっている。図7(a)のグラフから、構造体に切欠き部を設けない場合には、撮像素子の特に光源側端部付近に、迷光が多く照射されていることが判る。これに対して、図7(b)のグラフから、構造体20に切欠き部25を設けた場合には、撮像素子15全体にわたって、迷光が殆ど照射されていないことが判る。即ち、図7(c)のグラフから明らかなように、構造体20に切欠き部25を設けたことによって、光源16から出射された光が被写体10で反射することなく迷光となることを防止することができることが判る。
By providing the
切欠き部25の寸法、つまり、横設面20bからの立設面20aの高さは、傾斜部13の傾斜角度、光源16から接触面11までの距離、光源16と接触面11(つまり、被写体10)と撮像素子15との相対的な位置関係等の諸条件が同じである場合には、より高い方が迷光をより減少させることができるために好ましい。特に、上記立設面20aは、接触面11側(つまり、被写体10側)から見たときに、上記光源16の発光面16aにおける撮像素子15側端部よりも撮像素子15側に位置するように設けられている場合であって上記諸条件が同じである場合には、該立設面20aの高さがより高い程、迷光を減少させる効果が顕著となるので好ましい。また、発光面16aから横設面20bまでの距離、つまり、構造体20における横設面20bが形成されている部分の厚さは、より厚い方が好ましい。これにより、光源16から出射された光が迷光となることをより一層防止することができる。
The dimension of the
但し、切欠き部25の寸法は、傾斜部13の傾斜角度、光源16から接触面11までの距離、光源16と接触面11(つまり、被写体10)と撮像素子15との相対的な位置関係等の諸条件を総合的に考慮し、シミュレーションを行って決定する必要がある。それゆえ、シミュレーションを行った結果、例えば、上記光ポインティング装置30の変形例であって、要部の構成を示す断面図である図3に示すように、横設面20bからの立設面20aの高さを低くしても、光源16から出射された光が迷光となることを防止することができる場合がある(図3中、迷光の一例を「矢印」で示す)。従って、横設面20bからの立設面20aの高さは、光源16から出射された光が迷光となることを防止することができる高さであればよい。
However, the dimensions of the
上記構成により、撮像素子15にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置30を提供することができる。また、光源16から出射され立設面20aに到達した光を接触面11方向(つまり、被写体10方向)に向かって進めることができるので、迷光を被写体10に照射される光(有効光)の一部として活用することができる。つまり、光源16から出射された光の利用効率を向上させることができる。また、構造体20に切欠き部25を設けることにより、設けない場合(例えば図6に記載の構成)と比較して、傾斜部13を光源16により近づけることができ、光源16から接触面11までの距離を短くすることができるので、光ポインティング装置30をより小型化(薄型化)することができるという効果も奏することができる。
With the above configuration, it is possible to provide the
また、本発明に係る電子機器は、上記構成の光ポインティング装置30を備えている。それゆえ、撮像素子15にて撮像した画像データに対する迷光による影響が低減された光ポインティング装置30を備えた電子機器を提供することができる。
An electronic apparatus according to the present invention includes the
(構造体の形状の変形例)
上記立設面20aは、発光面16aに対して垂直に立設していることが好ましいが、接触面11側端部が、撮像素子15側またはその逆側に傾斜していても構わない。但し、立設面20aの傾斜角度は、傾斜部13の傾斜角度、光源16から接触面11までの距離、光源16と接触面11(つまり、被写体10)と撮像素子15との相対的な位置関係等の諸条件を総合的に考慮し、シミュレーションを行って決定する必要がある。
(Modification of the shape of the structure)
The standing
図4は、上記光ポインティング装置30の更なる変形例であって、要部の構成を示す断面図である。図4に示すように、該変形例における上記光ポインティング装置30は、構造体20の表面(接触面11に対向する面)に、光源16から出射された光を集光する半球状のレンズ部20dが形成されると共に、接触面11側端部が撮像素子15の逆側に傾斜するように、発光面16aに対して斜めに形成された立設面20cと、該立設面20cに交差する横設面20bとを有する切欠き部25’とが設けられている。つまり、切欠き部25’の立設面20cは、その接触面11側端部が、撮像素子15の逆側に傾斜している。構造体20を上記構成とすることにより、光源16から出射された光を接触面11により多く照射することができ、SN比を向上させることができると共に、接触面11における輝度(照度)分布をより均一にすることができる(図4中、迷光の一例を「矢印」で示す)。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part as a further modification of the
尚、上記立設面20a,20cは、接触面11側(つまり、被写体10側)から見たときに、上記光源16の発光面16aにおける撮像素子15側端部上よりも内側、即ち、上記光源16の発光面16a上における撮像素子15側端部寄り(発光面16aの中心部よりも撮像素子15側端部に近い位置)に位置するように設けることもできる。この場合には、迷光による影響を低減すると共に、接触面11における輝度分布をより均一にすることができる場合がある。
The standing surfaces 20a and 20c are on the inner side of the
〔第2の実施形態〕
本発明の第二の実施形態について、図5に基づいて説明する。尚、第二の実施形態において、第一の実施形態で説明した構成と同じ構成については、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the description of the same configuration as that described in the first embodiment is omitted.
図5は、光ポインティング装置の要部の構成を示す断面図である。図5に示すように、本実施形態に係る光ポインティング装置は、切欠き部25における撮像素子15側端部に、光源16から出射された光が被写体10で反射することなく導光型光学部材24によって導光されて撮像素子15に受光されることを防止するために、遮光部材28が設けられている。つまり、本実施形態に係る光ポインティング装置においては、構造体20および回路基板21に密着するようにして、遮光体28が設けられている。遮光体28の高さ(回路基板21側端部から接触面11側端部までの長さ)は、構造体20の高さ(回路基板21側端部から接触面11側端部までの長さ)と同じか、または、低くなっている。遮光体28の厚さ(光源16側端部から撮像素子15側端部までの長さ)は、特に限定されるものではない。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of the optical pointing device. As shown in FIG. 5, the optical pointing device according to the present embodiment has a light guide type optical member that does not reflect the light emitted from the
上記遮光体28が設けられていることにより、光源16から出射され横設面20bに到達した光は、横設面20bを通過した後、遮光体28によって遮光される。それゆえ、光源16の発光面16aから出射された光が被写体10で反射することなく導光型光学部材24によって導光されて撮像素子15に受光されること、即ち、光が迷光となって撮像素子15に受光されることを防止することができる(図5中、迷光の一例を「矢印」で示す)。
By providing the
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内で種々の変更が可能である。それゆえ、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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. Therefore, embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、携帯電話機やPDA等の、特に小型化、薄型化を要求される携帯情報端末(電子機器)に搭載可能な入力装置としての光ポインティング装置、およびそれを備える電子機器に、好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for an optical pointing device as an input device that can be mounted on a portable information terminal (electronic device) that is particularly required to be small and thin, such as a mobile phone and a PDA, and an electronic device including the same. Can be used.
10 被写体
11 接触面
13 傾斜部(反射部)
14 結像素子(結像反射部)
15 撮像素子
16 光源
16a 発光面
17 反射部材
18 反射部材
20 構造体
20a 立設面
20b 横設面
20c 立設面
21 回路基板
24 導光型光学部材
25 切欠き部
25’ 切欠き部
28 遮光部材
30 光ポインティング装置
10
14 Imaging element (imaging reflector)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上記光源は、透光性樹脂からなる構造体に収容されており、
上記構造体には、撮像素子側でかつ被写体に近い部位に、光源から出射された光が被写体で反射することなく上記導光型光学部材によって導光されて撮像素子に受光されることを防止するために、被写体方向に向かって立設する立設面を有する切欠き部が設けられていることを特徴とする光ポインティング装置。 A light source that irradiates light to a subject, a light guide type optical member that reflects and guides reflected light from the subject, and an image sensor that receives light guided by the light guide type optical member An optical pointing device,
The light source is housed in a structure made of a translucent resin,
The structure prevents the light emitted from the light source from being guided by the light guide type optical member and received by the image sensor without being reflected by the subject at a position close to the subject on the image sensor side. In order to achieve this, an optical pointing device having a notch portion having a standing surface that stands up toward the subject.
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