TWI446223B - 指向裝置及電子機器 - Google Patents

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Description

指向裝置及電子機器
本發明係關於一種可搭載於行動電話等便攜式資訊終端上之指向裝置及包含其之電子機器，尤其是關於一種改善由於光源之輸出存在偏差而導致之偵測精度之下降的技術。
近年來，於行動電話或PDA(Personal Digital Assistants，個人數位助理)等便攜式資訊終端中，可於顯示部顯示圖形，作為對於使用者之資訊之顯示方式，採用二維地使用顯示部之GUI(Graphical User Interface，圖形使用者介面)。然而，如上所述般便攜式資訊終端高功能化，而接近電腦之顯示功能，藉此產生操作複雜化之問題。
於便攜式資訊終端中，通常採用小鍵盤(keypad)作為輸入資訊之使用者介面。小鍵盤係由用於輸入數字及文字之複數個按鈕與方向按鈕所構成。然而，如上所述般於操作複雜化之過程中，將小鍵盤之選單鍵及其他功能鍵用作方向鍵之輸入機構不適合於GUI中所顯示的圖符等之選擇，無法容易地進行所期望之操作。因此，便攜式資訊終端中難以採用將上述小鍵盤用作方向鍵之輸入機構。其結果，於便攜式資訊終端中，亦要求搭載具有與用於電腦之滑鼠或觸控板等相同之操作性之指向裝置。
於上述背景下，作為可搭載於便攜式資訊終端上之指向裝置，提出有藉由以攝像元件觀察接觸於裝置之指尖等被攝體之形態，抽出接觸面中之被攝體之形態之變化，而偵測被攝體之活動的指向裝置。又，亦提出有下述指向裝置：利用光源對接觸面進行照明，以透鏡使接觸面中之被攝體之形態在攝像元件上成像，檢測形態之變化，藉此將被攝體之活動轉換為輸入信號並進行偵測。
此處，作為如上所述之指向裝置之先前例，將專利文獻1及專利文獻2中記載之指向裝置示於以下。
專利文獻1中記載之指向裝置係由玻璃防護罩、光源部及受光部所構成。光源部分為光源及配置於光源上部之包含複數個反射鏡之光源導引器。自光源發出之光係由反射鏡以特定角度反射，而照射至玻璃防護罩。照射至玻璃防護罩之光係由手指之表面反射，由手指之表面反射之光照射至受光部。受光部係由反射鏡、聚光透鏡及光影像感測器所構成。照射至受光部之光由反射鏡反射，由聚光透鏡成像後，提供給光影像感測器。
又，專利文獻2中記載之指向裝置包含：對被攝體照射光之光源、抑制自光源照射之光擴散的準直透鏡、使來自準直透鏡之光以朝向圖像取得面之方式向特定角度反射之反射面、圖像取得面、將來自圖像取得面之像聚光之成像元件、接受所成像之影像而切換為電訊號之光感測器。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本公開專利公報「日本專利特表2008-507787號公報(2008年3月13日公開)」
[專利文獻2]日本公開專利公報「日本專利特表2007-528554號公報(2007年10月11日公開)」
然而，上述先前之指向裝置中，於接觸面中之光強度存在偏差之情形時，會有無法準確地偵測被攝體之動作而產生誤動作之問題。
此處，關於上述問題，一邊參照圖29~圖32一邊進行說明。圖29係表示先前之指向裝置500之構成之剖面圖。圖30(a)係表示接觸面503中之均勻之情形之光強度分佈的圖，圖30(b)係表示接觸面503中之存在偏差之情形之光強度分佈的圖。圖31(a)係表示接觸面503中之均勻之情形之明暗圖案之光強度的圖，圖31(b)係表示接觸面503中之存在偏差之情形之明暗圖案之光強度的圖。圖32係表示光源501中之光強度與放射角度之關係之圖。
如圖29所示，先前之指向裝置500中，自光源501至接觸面503之照明光學系統包含光源501、設置於光源501之上部之反射鏡504、505、及接觸面503。又，自接觸面503至攝像元件502之攝像光學系統包含設置於接觸面503之下部之反射鏡506、第1波導管508、第2波導管509、反射鏡507以及攝像元件502。
先前之指向裝置500中，攝像元件502係根據指尖所接觸之前接觸面503中之光強度的分佈，受光反映出指紋之形態之明暗圖案。繼而，檢測明暗圖案之動作(變化)而偵測指尖之動作。如圖30(a)所示，於接觸面503中之光強度之分佈為均勻之情形時，攝像元件502受光具有圖31(a)所示之光強度之明暗圖案作為反映出指紋之形態之明暗圖案。
另一方面，光源501為發光二極體或雷射二極體等發光元件。然而，該等發光元件係如圖32所示般進行相對於放射角度而存在光強度之偏差之輸出，因此如圖30(b)所示般於接觸面503中之光強度之分佈產生偏差。於此情形時，攝像元件502受光具有圖31(b)所示之光強度之明暗圖案作為反映出指紋之形態之明暗圖案。即，攝像元件502受光明暗之光強度存在偏差之明暗圖案。由於該明暗圖案會產生明部之光強度較暗部更小之部位，因此無法偵測指尖之動作而引起誤動作。
因此，於自光源501至接觸面503之照明光學系統中，需要對接觸面503照射儘量均勻之光。因此，於先前之指向裝置500中，藉由如圖32所示般使用具有相同程度之光強度之一部分之放射角度θ520，而嘗試對接觸面503進行照明之光強度之均勻化，但無法高效率地利用光。
又，作為第2個問題，亦存在下述問題，即，光源501雖為用於照射接觸面503者，但由於存在來自光源501之光不經由接觸面503而直接對攝像元件502進行照明之光，使得攝像元件502所受光之圖案中反映出偏差，即所謂雜散光之問題。
因此，先前之指向裝置500之照明光學系統中，自光源501出射之光中所使用之光為一部分。又，由於係由反射鏡505、506進行衰減之構造，因此為確保所需之光量，必須較大的耗電量。進而，為對接觸面503均勻地進行照明，使得反射鏡505、506之小型化受限於接觸面503之大小，從而難以實現指向裝置500之小型化。
又，為排除雜散光必須設置排除部。先前之指向裝置500中，作為上述排除部，於第1波導管508與第2波導管509之間配置阻斷膜510，藉此解決放射角度θ520以外之角度成分成為雜散光之問題。然而，為設置阻斷膜510必須要有兩個波導管，因此零件個數變多，就此點而言亦難以小型化。
本發明係鑒於上述先前之問題而完成者，其目的在於提供一種可改善由於光源之輸出存在偏差而導致之偵測精度之下降，可防止誤動作產生的指向裝置及包含其之電子機器。又，本發明之進一步之目的在於提供一種進而能夠以不會助長大型化之簡單之構成排除雜散光的指向裝置及包含其之電子機器。
本發明之指向裝置為解決上述課題，其特徵在於，其係包含以下者：接觸面，其用於設置動作對象物；發光元件，其自與設置上述動作對象物之側相反之側對上述接觸面進行照明；及攝像元件，其接受來自上述動作對象物之反射光；且上述指向裝置包含第1光控制機構，其控制到達上述接觸面之光，以使自上述發光元件出射之光均勻地照射至上述接觸面，上述發光元件係出射光強度相對於放射角度存在偏差之光，上述第1光控制機構係配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上。
根據上述構成，藉由在自發光元件至接觸面之光程上配置第1光控制機構，而即便來自發光元件之輸出存在偏差，亦可使照射至接觸面之光之光強度分佈均勻化。藉此，可改善偵測精度，可防止誤動作產生。
本發明之電子機器為解決上述課題，其特徵在於包含上述指向裝置作為輸入裝置。
根據上述構成，藉由包含可薄型化且防止誤動作產生之上述指向裝置，而可實現薄型、小型且低耗電之電子機器。
如上所述，本發明之指向裝置具有下述構成：包含第1光控制機構，其控制到達上述接觸面之光，以使自上述發光元件出射之光均勻地照射至上述接觸面，上述發光元件係出射相對於放射角度而光強度存在偏差之光，上述第1光控制機構係配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上。
因此，藉由在自發光元件至接觸面之光程上配置第1光控制機構，而即便來自發光元件之輸出存在偏差，亦可使照射至接觸面之光之光強度分佈均勻化。因此，發揮可改善偵測精度，可防止誤動作產生之效果。
又，本發明之電子機器具有包含上述指向裝置作為輸入裝置之構成，因此藉由包含可薄型化且防止誤動作產生之上述指向裝置，而發揮可實現薄型、小型且低耗電之電子機器之效果。
若基於圖式對本發明之實施形態加以說明，則如下所述。以下，首先對作為本發明之基礎之比較例加以說明。比較例有4個，任一比較例均實現薄型化。繼而，於比較例之說明後依序對本發明之實施例加以說明。
再者，以下，為便於說明，將圖1之圖面視時之紙面貫通方向設為x軸，將左右方向設為y軸，將上下方向設為z軸，並且將圖1之圖面視時之上下方向設為指向裝置之上下方向來進行說明。又，於本說明書中，所謂「平行」「均勻」，除表示嚴格地平行、均勻以外，亦包含實質上認為平行、均勻之範圍(大致平行、大致均勻)。
[比較例1]
(1-1)構成
圖1係表示第1比較例者，且係表示薄型之指向裝置1之構成之剖面圖。
指向裝置1係藉由光學地檢測與防護部16之接觸面17接觸之指尖10之形態的變化而偵測指尖10之活動，藉此偵測使用者之指示輸入的裝置。再者，指尖10為指向裝置1偵測活動之對象物，並不限於指尖10，只要為可光學地讀取之被攝體即可。圖1中，為使指尖10之狀態容易理解，將指尖10相對於指向裝置1而較小地記載。
如圖1所示，指向裝置1包含電路基板11、光源12、攝像元件13、樹脂鑄模部14、樹脂鑄模部15以及防護部16。
電路基板11中形成有配線圖案或可與外部連接之端子(均未圖示)。光源12及攝像元件13係以與上述配線圖案或端子電性連接之方式而設置於電路基板11之一個面(以下，稱為搭載面)。
光源12例如為發光二極體或半導體雷射等，其用於對防護部16之接觸面17照射光。即，光源12係用於對指尖10進行照明者。光源12係由樹脂鑄模部14密封。
攝像元件13為CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)或CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)等之影像感測器，且其接受於防護部16之接觸面17反射之光，根據所接受之光使接觸面17上之像成像，並轉換為圖像資料。攝像元件13係於接觸面17上無被攝體之情形時，拍攝接觸面17本身之像，於接觸面17上有被攝體之情形時，拍攝與接觸面17接觸之被攝體之表面之像。對於被攝體之指尖10之表面，除可讀取指紋以外，即便為繃帶或手套，亦可讀取圖案，因此無問題。攝像元件13係根據來自外部之控制部等之指示，以固定間隔連續拍攝接觸面17上之像。
又，攝像元件13包含DSP(Digital Signal Processor(數位信號處理器)：計算部)(未圖示)，將已生成之圖像資料取入至DSP中。攝像元件13之DSP計算攝像元件13所攝像之圖像資料之變化。該計算結果表示被攝體之移動量及移動方向，並經由電路基板11而輸出至外部之控制部等。攝像元件13係由樹脂鑄模部15密封。
樹脂鑄模部14與樹脂鑄模部15相分離。藉此，抑制光源12之光於樹脂內部傳播而洩漏至攝像元件13中，從而抑制由於入射至攝像元件13而導致之誤動作。又，作為用於樹脂鑄模部14及樹脂鑄模部15之樹脂，可較佳地使用透光性較高之包含環氧、矽酮或丙烯酸之樹脂。又，關於密封方法，當然可使用通常之利用轉移模塑之成型，亦可使用射出成型或灌注等其他成型。
防護部16係藉由覆蓋電路基板11之搭載面而內置、保護搭載面上之各構件，並且係用於受理指尖10之輸入，並將反射光引導至攝像元件13者。防護部16係以樹脂鑄模部14、15之上表面為接觸基準而組裝於電路基板11上並加以固定。繼而，由防護部16與電路基板11形成指向裝置1之輪廓。指向裝置1具有長方體之形狀且實現薄型化，但並不限於此，例如亦可具有立方體之形狀。
防護部16係於固定在電路基板11上時，具有形成電路基板11之搭載面與內部空間之內面及露出於外部之外面。而且，於內面形成有形成傾斜面19之稜鏡18、反射型透鏡20及反射面22。於外面形成有接觸面17及反射面21。
接觸面17為取入指尖10之像之部分，且配置於構成防護部16之一部分之稜鏡18之上方且光源12之上方。作為動作對象物之指尖10係於操作中接觸於接觸面17。對接觸面17進行照明之光係於指尖10之表面散射並反射。
稜鏡18構成防護部16之一部分，且配置於光源12之上方且接觸面17之下方。於稜鏡18形成有傾斜面19。傾斜面19成為根據稜鏡18之功能，而來自光源12之出射光透射，表示指尖10之像之光於防護部16內部全反射之構成。因此，於指向裝置1中，可對接觸面17照射光，並可將來自接觸面17之反射光於防護部16之內部(向y軸方向)導光。於傾斜面19全反射之光朝向反射面21行進。再者，傾斜面19為將來自接觸面17之反射光全反射之構成，因此未蒸鍍鋁反射膜等。
反射型透鏡20係將來自指尖10之反射光且於防護部16內導光而來之光反射，使指尖10之像於攝像元件13上成像的成像元件。反射型透鏡20配置於攝像元件13之斜上方。於反射型透鏡20形成有正交之兩個方向之曲率不同之環形面。反射型透鏡20係以該環形面將反射光反射以使於攝像元件13上成像。又，為於反射型透鏡20上高效率地反射光，而在反射型透鏡20之環形面蒸鍍有金屬(例如，鋁或鎳、金、銀等)或介電雙向色膜之反射膜。
反射面21係反射光，以使於傾斜面19全反射之光入射至反射型透鏡20，並且使於反射型透鏡20反射之光入射至攝像元件13的部分。反射面21位於攝像元件13之上方。為高效率地反射光，反射面21係蒸鍍有金屬(例如，鋁或鎳、金、銀等)或介電雙向色膜之反射膜。
反射面22係將依序於反射型透鏡20、反射面21反射之光再次朝向反射面21反射之部分。反射面22配置於攝像元件13之上方且攝像元件13與反射型透鏡20之間。為高效率地反射光，反射面22係蒸鍍金屬(例如，鋁或鎳、金、銀等)或介電雙向色膜等反射膜而形成。
再者，為使用者可清楚觀察防護部16之外面，反射面21理想的是於外觀上儘量不顯眼之膜。因此，例如理想的是將光源12之光之波長設為可見波長外之紅外波長(例如800 nm以上)，將反射面21之反射膜設為反射作為來自光源12之光之紅外線的紅外線反射膜。作為紅外線反射膜，例如存在如圖7(b)所示般具有反射800 nm以上之波段之紅外光，透射800 nm以下之可見波段之光之特性的反射膜(表面塗佈膜)。圖7(a)~圖7(c)係表示相對於光之波長之反射率及透射率之關係的圖。圖7(a)~圖7(c)中，橫軸表示波長(nm)，縱軸表示透射率及反射率(%)，虛線表示透射率，實線表示反射率。
如上所述，藉由適當設定光源12所照射之光之波長與形成反射面21之反射膜之反射率及透射率的特性，可有效地反射來自指尖10之反射光，且可形成外觀上不顯眼之反射面21。
又，理想的是使防護部16之材質為如圖7(a)所示般僅透射紅外光之材質。作為上述材質，例如存在可見光吸收型之聚碳酸酯樹脂或丙烯酸系樹脂等。藉由使用上述材質，而利用防護部16之材質之特性阻斷自外部進入之無需光中之可見光成分，並且利用反射面21之反射膜阻斷自外部進入之無需光中之紅外光成分，藉此可防止由於來自外部之無需光入射至攝像元件13所導致之誤動作。
進而，於對防護部16之外面添加色調之情形時，較佳為於上述紅外線反射膜上，以如圖7(c)所示般僅反射所期望之顏色(圖7(c)中為綠色)之波段，且透射除此以外之波長之光的塗佈材進行塗佈。藉此，不會有損指向裝置1之光學特性，且可於表面添加所期望之顏色。
(1-2)偵測動作
其次，對具有上述構成之指向裝置1之偵測動作加以說明。
自光源12出射之光透射樹脂鑄模部14，於防護部16之傾斜面19透射折射，到達接觸面17。此時，來自光源12之出射光係自與設置指尖10之側相反之側且以照明光學系統之光軸M所示之傾斜方向(相對於接觸面17以某入射角)照亮接觸面17。於作為動作對象物之指尖10接觸於接觸面17之情形時，自傾斜方向照亮接觸面17之光軸M之光於指尖10之表面散射反射。
於指尖10之表面散射反射之光、即表示指尖10之像之光L係入射至稜鏡18，由傾斜面19全反射後，依序於反射面21、反射型透鏡20、反射面21、反射面22、反射面21反射，於攝像元件13上成像。繼而，將成像於攝像元件13上之像作為圖像資料取入至DSP中。
攝像元件13係以固定間隔連續拍攝接觸面17之像。於接觸於接觸面17上之指尖10移動之情形時，所拍攝之圖像成為與之前所拍攝者偏移特定量之圖像。因此，藉由在DSP中對上述兩個圖像之同一部分之偏移量進行比較，而抽出指尖10之移動(活動)，獲得指尖10之移動量及移動方向，藉此可偵測指尖10之活動。再者，DSP亦可設置於電路基板11上而非攝像元件13內。於此情形時，攝像元件13將已攝像之圖像資料依序輸出至電路基板11。
如此，指向裝置1中，來自指尖10之反射光之入射、嚮導光方向之全反射、反射型透鏡20之向攝像元件13之攝像面之出射的導光動作係於一個導光構件內(防護部16內)進行。因此，可實現裝置之大幅薄型化，並且無構件之組裝不均，可防止於不同之介質之邊界產生之散射反射及衰減。因此，由於可確保穩定之光學性能，所以結果具有亦可大幅削減成本之效果。
又，指向裝置1中採取如下構成：攝像元件13係配置於作為彎折元件之稜鏡18與作為成像元件之反射型透鏡20之間，且使來自指尖10之反射光且於防護部16內導光之光於反射型透鏡20再次反射以使朝向導光之方向折返，並於攝像元件13上成像。根據該構成，成為可將來自圖1中之紙面最左側之光L1、來自紙面中央之光L2及來自紙面最右側之光L3到達攝像元件13為止之各光程長度之差抑制為較小的光學系統。因此，難以產生攝像元件13面內之導光方向之光L1、L2、L3之焦點偏移，成像性能提高，可清晰成像手指之像。
進而，於指向裝置1中，藉由平行地配置有接觸面17與攝像元件13之攝像面，使用反射型透鏡20作為成像元件，而可將各光L1、L2、L3之光程長度之差抑制為較小。又，藉此容易實現指向裝置1之薄型化。
又，稜鏡18、傾斜面19及反射型透鏡20亦可與防護部16一體成型，藉此可削減整體之厚度。進而，藉由以防護部16之成形用模具一體化而高精度地進行製造，可無不均地高精度地配置傾斜面19及反射型透鏡20。
(1-3)具體例
其次，關於具有上述構成之指向裝置1，以下列舉具體之數值之一例。
作為防護部16之材質之可見光吸收類型之聚碳酸酯樹脂之折射率：1.59
傾斜面19與接觸面17所成之窄角之傾斜角度θ：24°
自反射面21至反射面22為止之防護部16之厚度z2：0.5 mm
自接觸面17之中心至反射型透鏡20之環形面之中心為止的y軸上之長度y2：2.8 mm
自接觸面17之中心至反射型透鏡20之環形面之中心為止的z軸上之長度z1：0.38 mm
自接觸面17之中心至攝像元件13之中心為止的y軸上之長度y1：1.4 mm
自接觸面17之中心至攝像元件13之中心為止的z軸上之長度z3：0.62 mm。
反射型透鏡20具有x-y剖面為球面(曲率半徑：-2.5644773 mm)、y-z剖面為非球面之環形面。而且，非球面形狀係使用表示非球面公式之下述(式1)來表示。
[數1]
其中，K表示圓錐常數，R表示曲率半徑，A、B、C、D分別表示第2次、第4次、第6次、第8次之非球面係數。又，Z表示自位於距離光軸高度為Y之位置之非球面上之點，向非球面之頂點之切平面(與光軸垂直之平面)繪製之垂線的長度。各常數之值如下所述。
K=0
R=-2.75963
A=0.0041215677
B=0.0042418757
C=0.0066844763
D=-0.084438065
[比較例2]
其次，對第2比較例加以說明。再者，本比較例中所說明之內容以外之構成與上述比較例1相同。又，為便於說明，對於具有與上述比較例1之圖式所示之構件相同之功能的構件附上相同符號，省略其說明。上述情形於之後說明之各比較例中亦相同。
(2-1)構成及偵測動作
圖2係表示第2比較例者，且係表示薄型之指向裝置2之構成之剖面圖。
如圖2所示，指向裝置2包含繞射元件23代替比較例1之指向裝置1之構成中之防護部16之稜鏡18及傾斜面19。
繞射元件23配置於光源12之上方且接觸面17之下方。繞射元件23係使自指尖10反射之光反射，於防護部16之內部將光程朝向反射面21轉換者。以繞射元件23反射之光朝向反射面21。
指向裝置2之光學系統係包括對指尖10進行照明之光源12、作為被攝體之指尖10所接觸之接觸面17、繞射元件23、反射型透鏡20、反射面21、22、以及攝像元件13。即，圖1之指向裝置1中，為使來自指尖10之反射光於攝像元件13上成像，利用由稜鏡18所形成之傾斜面19進行全反射，而圖2之指向裝置2中利用繞射元件23進行繞射。
因此，指向裝置2中，於指尖10接觸於接觸面17時主要形成之指紋之像係如以攝像光學系統之光軸L所示，利用繞射元件23向反射面21之方向反射繞射。繼而，來自繞射元件23之繞射光於反射面21反射，由反射型透鏡20再次依序於反射面21、反射面22、反射面21反射，於攝像元件13上成像。
如上所述，指向裝置2中，為使光軸彎折而使用繞射元件23，藉此與如圖1之指向裝置1所示般於防護部16中形成稜鏡18之情形相比，可實現防護部16之厚度之均勻化。因此，可一邊提高防護部16之強度一邊實現薄型化，並且可將來自光源12之照明光以均勻之光強度向接觸面17之設置方向照射。
(2-2)繞射元件
此處，一邊參照圖5(a)~圖5(e)，一邊對繞射元件23之具體形狀加以說明。圖5(a)係表示繞射元件23之概略形狀之剖面圖，圖5(b)~圖5(e)係表示繞射元件23之構成例之俯視圖。
繞射元件23例如為利用+1次之反射繞射光之反射型繞射元件。而且，如圖5(a)所示，上述反射型繞射元件理想的是剖面形狀為閃耀形狀，以產生強烈之+1次光。藉此，光利用效率提高，並且抑制作為雜散光之0次光、-1次光、或高次之繞射光，可防止光學系統之成像性能劣化。
又，為提高反射率，理想的是於繞射元件23之外側表面蒸鍍反射膜a1(例如，鋁、銀、金、介電雙向色膜)。進而，若將繞射元件23之槽深度設為t，則槽深度t理想的是+1次繞射效率成為最大之深度。例如，於將防護部16之折射率設為n，將照明光之波長設為λ之情形時，理想的是「t=λ/(2n)」。
繞射元件23之槽圖案如圖5(b)所示為直線之等間距，為儘量增大繞射角，理想的是儘量縮小上述等間距。然而，於製造上以使用車刀之切削加工於模具上製作槽並成形係於成本方面最有利，因此於考慮能夠以切削加工精度良好地進行製作之範圍之情形時，理想的是於0.8~3.0 μm之間設計繞射元件23之槽間距。
又，為提高成像投影於攝像元件13上之指尖10之像之成像性能，將繞射元件23之槽圖案如圖5(c)所示設為曲線，藉此可修正像之變形。進而，亦可將繞射元件23之槽間距如圖5(d)所示設為間距逐漸變化之圖案而並非等間距，從而以於某一方向具有透鏡效果之方式設計繞射元件23。於此情形時，可修正於攝像元件13上由於在x軸方向及y軸方向上焦距不同而產生之像差。又，如圖5(e)所示，藉由將繞射元件23之槽圖案設為曲線且非等間距之圖案，可修正像之變形及像散(astigmatism)此兩者。
又，作為繞射元件23之其他具體例，亦可將菲涅耳透鏡用於繞射元件23。將菲涅耳透鏡之具體形狀示於圖6。圖6係表示作為菲涅耳透鏡之繞射元件23之概略形狀之剖面圖。
如圖6所示，菲涅耳透鏡之剖面形狀為閃耀形狀。又，為提高反射率，理想的是於繞射元件23之外側表面蒸鍍有反射膜a1(例如，鋁、銀、金、介電雙向色膜)。於使用菲涅耳透鏡作為繞射元件23之透鏡之情形時，與於防護部16之一部分形成稜鏡或塊狀透鏡之情形相比，可實現防護部16之厚度之均勻化。因此，可一邊提高防護部16之強度一邊實現指向裝置2之薄型化。
再者，繞射元件23並不限於上述。例如，若將全像透鏡用於繞射元件23，則可修正以一般之透鏡無法完全修正之像差。因此，成像性能提高，可於攝像元件13上清晰成像指尖10之像。
[比較例3]
(3-1)構成及偵測動作
圖3係表示第3比較例者，且係表示薄型之指向裝置3之構成之剖面圖。
如圖3所示，指向裝置3具有與比較例1之指向裝置1之構成中自防護部16去除反射面22之構成相同的構成。即，與比較例1之指向裝置1相比，指向裝置3具有去除反射面22之構成。
因此，由於指向裝置3中無反射面22，而來自指尖10之反射光係於稜鏡18之傾斜面19向y軸方向全反射，依序於反射面21、反射型透鏡20、反射面21反射後，入射至攝像元件13。
因此，以反射型透鏡20反射之光入射至攝像元件13為止之反射僅為反射面21之1次。因此，反射面中之損失之影響變少，故而光利用效率變高，並且發揮可較短地設計光程長度，而可實現更亮之光學系統之效果。
再者，指向裝置3係使用比較例1之指向裝置1而構成，但並不限於此，亦可適用於比較例2之指向裝置2。於此情形時，在比較例2之指向裝置2之構成中，可藉由同樣地去除反射面22，並且適當設計繞射元件23之形狀及位置、以及反射型透鏡20及攝像元件13之位置等而實現。
(3-2)具體例
其次，關於具有上述構成之指向裝置3，以下列舉具體之數值之一例。
作為防護部16之材質之可見光吸收類型之聚碳酸酯樹脂的折射率：1.59
傾斜面19與接觸面17所成之窄角之傾斜角度θ：25°
自反射面21至反射面22為止之防護部16之厚度z2：0.54 mm
自接觸面17之中心至反射型透鏡20之環形面之中心為止的y軸上之長度y2：2.75 mm
自接觸面17之中心至反射型透鏡20之環形面之中心為止的z軸上之長度z1：0.43 mm
自接觸面17之中心至攝像元件13之中心為止的y軸上之長度y1：2.1 mm
自接觸面17之中心至攝像元件13之中心為止的z軸上之長度z3：0.60 mm。
反射型透鏡20具有x-y剖面為球面(曲率半徑：-0.4193264 mm)、y-z剖面為非球面之環形面。而且，非球面形狀係使用表示非球面公式之下述(式2)來表示。
[數2]
其中，K表示圓錐常數，R表示曲率半徑，A、B、C、D、E、F、G分別表示第2次、第4次、第6次、第8次、第10次、第12次、第14次之非球面係數。又，Z表示自位於距離光軸高度為Y之位置之非球面上的點，向非球面之頂點之切平面(與光軸垂直之平面)繪製之垂線的長度。各常數之值如下所示。
K=0
R=-1.2404177
A=-3.6788233
B=40.005615
C=-227.22235
D=-452.94592
E=13006.864
F=-39732.885
G=-35775.58
[比較例4]
圖4係表示第4比較例者，且係表示薄型之指向裝置4之構成之剖面圖。
如圖4所示，指向裝置4係除具有於比較例1之指向裝置1之構成中自防護部16去除反射型透鏡20之構成以外，還包含反射型透鏡24。即，指向裝置4與比較例1之指向裝置1相比，反射型透鏡之配置不同。
防護部16包含接觸面17、稜鏡18、反射面21、反射面22及反射型透鏡24。再者，與比較例1不同，樹脂鑄模部15之上表面之整個面係與防護部16之內面密著接觸。
反射型透鏡24係反射來自指尖10之反射光，使指尖10之像於攝像元件13上成像者。反射型透鏡24配置於攝像元件13之斜上方且防護部16之外面中之上表面與側面之角上。於反射型透鏡24上形成有環形面。又，為於反射型透鏡24中高效率地反射光，於反射型透鏡24之環形面蒸鍍有金屬(例如，鋁、鎳、金、銀等)或介電雙向色膜之反射膜。
反射面22係將於反射面21反射之來自指尖10之反射光朝向反射型透鏡24反射，並且將來自反射型透鏡24之反射光朝向反射面21反射。反射面22配置於攝像元件13之斜上方。
其次，對自光源12照射之光於指尖10反射而入射至攝像元件13之路徑進行說明。於指尖10之表面反射之光係於稜鏡18之傾斜面19全反射，而其前進路徑變為y軸之正方向。於傾斜面19全反射之光L於反射面21、反射面22反射，到達反射型透鏡24。繼而，光L於反射型透鏡24折返反射，接連於反射面22、反射面21反射後入射至攝像元件13。
指向裝置4中，並非如圖1之指向裝置1般將反射型透鏡20形成於防護部16之內面，而將反射型透鏡24形成於防護部16之外面。因此，由於反射型透鏡24配置於防護部16之外面，所以無需設為大幅深入防護部16之內面之形狀，而容易利用成形製作防護部16。進而，無需於位於攝像元件13之上方之防護部16之內面形成凹部，因此可實現防護部16之厚度之均勻化。因此，可一邊提高防護部16之強度一邊實現指向裝置4之薄型化。
再者，將指向裝置4作為使比較例1之指向裝置1變形之例進行了說明，但同樣亦可適用於比較例2之指向裝置2。即，於比較例2之指向裝置2之構成中，可藉由將反射型透鏡20替換成反射型透鏡24，並且變更反射面22之形成區域，適當設計各部、各元件之大小及配置而發揮相同效果。
以上，於比較例1~比較例4中對薄型之指向裝置進行了說明，但其等與上述先前之指向裝置同樣地，於光源12之輸出存在偏差之情形時，存在接觸面17之光強度分佈產生偏差，無法準確地偵測指尖10之動作而產生誤動作之問題。
其次，對可解決上述問題之本發明之各實施例加以說明。本發明中應注目之方面為用於對接觸面17照射均勻之光之構成，各實施例中所說明之內容以外之構成與各比較例1~4相同。又，各實施例中之記述僅表示一例，關於各實施例中之指向裝置之細部構成及詳細之動作等，可於不脫離本發明之主旨之範圍內進行適當變更。
又，以下使用比較例1之指向裝置1之構成進行說明，但各實施例亦可適用比較例2~4之指向裝置2~4，同樣發揮效果。進而，各實施例中，為便於說明，對於具有與各比較例1~4之圖式所示之構件相同之功能的構件附上相同符號，省略其說明。
[實施形態1]
若基於圖式對本發明之一實施形態加以說明，則如下所述。
圖8係表示本實施形態之指向裝置40之一構成例之剖面圖。
如圖8所示，本實施形態之指向裝置40係除具有上述圖1之指向裝置1之構成以外，還包含第1光控制機構31。又，本實施形態之指向裝置40包含發光二極體12a作為光源12。
第1光控制機構31為發光二極體12a中之包含金屬膜之電極，其設置於包含發光二極體12a之上表面(頂面)之中心之區域。又，第1光控制機構31與一般之金屬電極不同，為獲得光控制效果，形成於占發光二極體12a之上表面之面積之78%之區域。因此，第1光控制機構31將自發光二極體12a至接觸面17之光程之一部分遮光。因此，自發光二極體12a出射並到達第1光控制機構31之光由於金屬反射而遮光，但可自第1光控制機構31以外之場所出射光，因此可抑制發光二極體12a之輸出下降。第1光控制機構31及發光二極體12a係由樹脂鑄模部14(第1樹脂部)密封。
再者，第1光控制機構31亦可使用吸收發光二極體12a所輸出之光之波長的材料而形成，但於此情形時，到達第1光控制機構31之光會損失。因此，將第1光控制機構31設為金屬膜，由金屬膜反射光之構造適合於指向裝置40。
又，藉由將金屬膜之第1光控制機構31配置於光強度較高之位置，可抑制光強度之偏差。又，藉由將自第1光控制機構31反射之光再利用，可抑制光損失。因此，尤其可有助於指向裝置40之低耗電化。
其次，一邊參照圖9~圖12(b)，一邊對具有上述構成之指向裝置40中包含第1光控制機構31的自發光二極體12a至接觸面17之光之照射加以詳細說明。
圖9係將指向裝置40中之包含發光二極體12a及接觸面17之照明光學系統放大表示之剖面圖。圖10係將於指向裝置40中去除第1光控制機構31之情形之包含發光二極體12a及接觸面17之照明光學系統放大表示的剖面圖。即，圖10所示之構成與圖1之指向裝置1之構成相同。圖11(a)係表示以圖9之構成模擬時之發光二極體12a之放射角度特性之圖表，圖11(b)係表示以圖10之構成模擬時之發光二極體12a之放射角度特性之圖表。圖12(a)係表示以圖9之構成模擬時之接觸面17中之光強度分佈之圖，圖12(b)係表示以圖10之構成模擬時之接觸面17中之光強度分佈之圖。
再者，圖11(a)及圖11(b)中之放射角度特性表示將發光二極體12a上表面之法線軸設為0度時之自發光二極體12a離開30 mm之位置中的光強度。又，圖12(a)及圖12(b)中之光強度分佈中，將接觸面17之面積設為0.8 mm×1.0 mm。
如圖10所示，於未設置第1光控制機構31之情形時，可較大地取得自發光二極體12a出射之光之放射角度成分中照射至接觸面17之角度成分θ13。然而，如圖11(b)所示，發光二極體12a之0度附近之光強度較高，由於放射角度而光強度存在偏差。因此，如圖12(b)所示，存在接觸面17中之光強度分佈中產生較大偏差之問題。即，由於該光強度之偏差，而指向裝置難以偵測動作對象物之動作。
相對於此，如圖9所示，於設置有第1光控制機構31之情形時，所使用之角度成分為將θ11與θ12合計者，其較圖10之角度成分θ13更小，但較圖29及圖32所示之先前之角度成分θ520更大。而且，如圖11(a)所示，設置有第1光控制機構31之發光二極體12a之放射特性係與圖11(b)所示之未設置第1光控制機構31之發光二極體12a之放射特性相比，於較寬之範圍內輸出均勻化。又，如圖12(a)所示，接觸面17中之光強度分佈亦成為偏差得到抑制之分佈。因此，可容易進行指向裝置之動作對象物之偵測動作。
因此，指向裝置40中，藉由在照射接觸面17之光程上包含第1光控制機構31，而即便來自發光二極體12a之輸出存在偏差，亦可使照射至接觸面17之光之光強度分佈均勻化。又，藉此可改善偵測精度，可防止誤動作產生。
又，藉由使用相對於放射角度之光強度之偏差較小之發光二極體12a作為光源，能夠以更短距離獲得由第1光控制機構31所發揮之效果。因此，尤其可有助於指向裝置40之薄型化。
進而，藉由第1光控制機構31直接設置於發光二極體12a上，可使發光分佈成為用於使接觸面17中之光強度均勻之最佳者。又，可僅變更發光元件而使用先前之指向裝置之構成。
又，第1光控制機構31較佳為形成於發光二極體12a之上表面中之包含該上表面之中心之區域，藉此可減小第1光控制機構31之設置區域。
再者，於上述指向裝置40中，對第1光控制機構31為發光二極體12a之電極之情形進行了說明，但發光二極體12a之電極並不一定設置於上表面。第1光控制機構31只要為設置於發光二極體12a上之金屬膜即可。於利用發光二極體12a之電極作為第1光控制機構31之情形時，可藉由變更發光二極體12a之電極圖案形成時之遮罩而製作第1光控制機構31，且可直接使用既存之製程。
[實施形態2]
若基於圖式對本發明之其他實施形態加以說明，則如下所述。
圖13係表示本實施形態之指向裝置41之一構成例之剖面圖。圖14係將圖13之指向裝置41中之包含發光二極體12a及接觸面17之照明光學系統放大表示的剖面圖。
如圖13及圖14所示，本實施形態之指向裝置41除具有上述實施形態1中所說明之圖8之指向裝置40之構成以外，還包含第2光控制機構32。
第2光控制機構32將自發光二極體12a到達攝像元件13之光遮光。換言之，第2光控制機構32係將自發光二極體12a出射之光中無助於接觸面17之照明之光遮斷者。第2光控制機構32設置於樹脂鑄模部14中之攝像元件13之設置側之側面、及與該側面連續之上表面之一部分。
指向裝置41係將到達第1光控制機構31之光遮光者。因此，所遮光之光成分損失，但因第1光控制機構31設置於樹脂鑄模部14，故可增大所使用之角度成分θ13，可使接觸面17中之光強度均勻。又，藉由將樹脂鑄模部14與樹脂鑄模部15離開成型，而抑制自發光二極體12a直接對攝像元件13進行照明之雜散光，藉由將第2光控制機構32設置於攝像元件13之設置方向，可進一步抑制雜散光。因此，由於抑制雜散光入射至攝像元件13，所以可抑制由雜散光所引起之指向裝置41之誤動作。
又，藉由將第2光控制機構32設置於樹脂鑄模部14，而第2光控制機構32配置於接近發光二極體12a之位置，因此可減小第2光控制機構32之設置區域，從而可避免裝置之大型化。因此，能夠以不會助長大型化之簡單之構成抑制雜散光。
進而，藉由將第1光控制機構31設置於樹脂鑄模部14，而可於發光元件或構件防護罩等關鍵元件為先前之指向裝置之構成的狀態下獲得光控制效果。
再者，指向裝置41中，較佳為以光吸收體製作第1光控制機構31及第2光控制機構32。例如，第1光控制機構31及第2光控制機構32只要為對自發光二極體12a出射之光之波長具有吸收成分之材料，則可由樹脂製作，亦可塗佈墨水而製作。於由樹脂製作之情形時，使用灌注等成型方法或印刷即可。由於第1光控制機構31及第2光控制機構32均設置於樹脂鑄模部14，因此可利用相同製程進行製作。
又，設置於樹脂鑄模部14之第1光控制機構31及第2光控制機構32亦可製作為光反射體。於以金屬膜製作該光反射體之情形時，可利用濺鍍或蒸鍍進行製作。作為金屬膜，就密著性或氧化方面而言，較佳為鋁(Al)膜，特別是為防止氧化，更佳為以樹脂保護Al膜表面部之構造。其中，於以樹脂覆蓋Al膜表面部之情形時，為抑制光程之損失，較佳為將覆蓋之範圍僅設為Al膜表面部，且不覆蓋樹脂鑄模部14之上表面之構造。於將第1光控制機構31及第2光控制機構32設為光反射體之情形時，需要注意不使其成為雜散光之光源。
[實施形態3]
圖15係表示本實施形態之指向裝置42之一構成例者，且係將包含發光二極體12a及接觸面17之照明光學系統放大表示之剖面圖。
上述實施形態2中所說明之圖13之指向裝置41具有將第1光控制機構31設置於一個部位之構成，但第1光控制機構31之設置個數並不限於此，亦可視需要設置於複數個部位。例如，如圖15所示，本實施形態之指向裝置42具有於樹脂鑄模部14分別設置有第1光控制機構31a、31b之構成。
第1光控制機構31a、31b設置於樹脂鑄模部14之上表面且自發光二極體12a至接觸面17之光程上。又，特別是為將光強度較高之部分遮光，而第1光控制機構31a配置於發光二極體12a之上表面之中心軸之延長線上。
指向裝置42中，到達第1光控制機構31a、31b之光成為損失，但可增大所使用之角度成分θ13，從而可使接觸面17中之光強度均勻。
又，第1光控制機構31a較佳為形成於樹脂鑄模部14之上表面中之包含通過發光二極體12a之上表面之中心之法線軸的區域，藉此可減小第1光控制機構31a之設置區域。
[實施形態4]
圖16係表示本實施形態之指向裝置43之一構成例者，且係將包含發光二極體12a及接觸面17之照明光學系統放大表示之剖面圖。
上述實施形態2中所說明之圖13之指向裝置41具有將第1光控制機構31及第2光控制機構32設置於樹脂鑄模部14之構成，但與圖13之指向裝置41之構成相比，本實施形態之指向裝置43具有第1光控制機構31及第2光控制機構32之配置不同之構成。即，如圖16所示，本實施形態之指向裝置43具有於防護部16之傾斜面19設置有第1光控制機構31c及第2光控制機構32a之構成。
第1光控制機構31c及第2光控制機構32a設置於防護部16之傾斜面19，以避開反射指尖10之像之部分。防護部16具備反射面21及反射面22等之光學功能，可利用與製作該等光學功能之製程相同之製程，同時製作第1光控制機構31c及第2光控制機構32a。
指向裝置43中，到達第1光控制機構31c之光成為損失，但可增大所使用之角度成分θ13，從而可使接觸面17中之光強度均勻。又，可藉由第2光控制機構32a排除自發光二極體12a直接對攝像元件13進行照明之雜散光。
又，藉由將第1光控制機構31c及第2光控制機構32a設置於防護部16，而若於製作防護部16中之光學功能之製程中形成第1光控制機構31c及第2光控制機構32a，則可抑制由於包含第1光控制機構31c及第2光控制機構32a而導致之零件個數或成本之增加。因此，特別適合於包含具有反射或聚光等光學效果之框體之指向裝置43。
[實施形態5]
圖17係表示本實施形態之指向裝置44之一構成例者，且係將包含雷射二極體12b及接觸面17之照明光學系統放大表示之剖面圖。
上述實施形態1中所說明之圖8之指向裝置40具有包含發光二極體12a作為光源12之構成，而本實施形態之指向裝置44具有包含雷射二極體12b作為光源12之構成。即，如圖17所示，本實施形態之指向裝置44包含雷射二極體12b來代替圖8之指向裝置40之構成中的發光二極體12a。
雷射二極體12b為表面發光型者，且與發光二極體12a相比，指向性較高。因此，指向裝置44中，藉由包含雷射二極體12b，可抑制朝向攝像元件13之雜散光。
再者，如上所述，雷射二極體12b具有較高之指向性，因此雷射二極體12b本身之光之放射角度特性會較如圖11(b)所示者進一步偏差。因此，雖藉由使用雷射二極體12b而抑制雜散光，但接觸面17中之光強度之均勻化變得重要。然而，通常雷射二極體12b之發光部較小，為10 μm左右，因此難以於發光部設置第1光控制機構31。
因此，指向裝置44中，第1光控制機構31設置於樹脂鑄模部14之上表面且自雷射二極體12b至接觸面17之光程上。又，第1光控制機構31係由吸收光之樹脂所形成。藉此，到達第1光控制機構31之光成為損失，但可使接觸面17中之光強度均勻。
[實施形態6]
圖18係表示本實施形態之指向裝置45之一構成例者，且係將包含發光二極體12a及接觸面17之照明光學系統放大表示之剖面圖。
如圖18所示，本實施形態之指向裝置45包含形成於樹脂鑄模部14之凹凸部33(第1光控制機構)，來代替上述實施形態2中所說明之圖13之指向裝置41之構成中的第1光控制機構31。
凹凸部33為凹部與凸部週期性地重複而成之凹凸構造，其散射所到達之光。凹凸部33設置於樹脂鑄模部14之上表面之一部分且自發光二極體12a至接觸面17之光程上。由於樹脂鑄模部14之凹凸部33與指向裝置45之內部空間之界面成為凹凸形狀，因此可散射自凹凸部33表面出射之光。
作為於樹脂鑄模部14上形成凹凸部33之方法，存在藉由在用於將樹脂鑄模部14成型之模具中預先形成凹凸形狀之圖案，於製作樹脂鑄模部14時，轉印該圖案而形成的方法，由於可容易地形成，故較佳。
指向裝置45中，藉由將凹凸部33設置於樹脂鑄模部14之上表面之一部分，而選擇性地散射光，藉此可使接觸面17中之光強度之輸出有效地平均化。因此，無如設置光吸收體或光反射體般之光損失部分，因此可特別有助於指向裝置45之低耗電化。進而，凹凸部33形成於樹脂鑄模部14之上表面之一部分，以選擇性地散射光強度更高之部分，因此可減小其形成區域。
再者，較佳為將凹凸部33中之凹部與凸部之差、凹部之寬度及凸部之寬度設為10 μm以下之值。藉由具有凹凸形狀為10 μm以下之微細之構造，可成為接近指向裝置45中所使用之光之波長之值。又，於上述10 μm以下之凹凸構造之情形時，可獲得米氏散射之效果。進而，於凹部與凸部之差較上述波長更小之情形時，所獲得之效果中瑞利散射占主導。因此，凹凸部33中之凹部與凸部之差、凹部之寬度及凸部之寬度之值亦可為發光二極體12a出射之光之波長以下。作為微細之凹凸構造之製作方法，亦可使用利用如上所述之模具之製作方法。特別是奈米壓印法可較廉價地製作次微米單位之凹凸構造，因此較佳。
[實施形態7]
圖19係表示本實施形態之指向裝置46之一構成例者，且係將包含發光二極體12a及接觸面17之照明光學系統放大表示之剖面圖。
上述實施形態6中所說明之圖18之指向裝置45具有將凹凸部33設置於樹脂鑄模部14之上表面之一部分之構成，但與圖18之指向裝置45之構成相比，本實施形態之指向裝置46具有凹凸部33之形成區域不同之構成。即，如圖19所示，本實施形態之指向裝置46具有於樹脂鑄模部14之上表面整體設置有凹凸部33a(第1光控制機構)之構成。再者，指向裝置46中，未將第2光控制機構32設置於樹脂鑄模部14之上表面。
凹凸部33a為凹部與凸部週期性地重複而成之凹凸構造，其散射所到達之光。凹凸部33a設置於樹脂鑄模部14之上表面整體。由於樹脂鑄模部14與指向裝置45之內部空間之界面成為凹凸形狀，因此可散射自樹脂鑄模部14出射之光。又，凹凸部33a之凹凸形狀可任意地適當進行變更，可獲得所需之擴散效果。
作為於樹脂鑄模部14上形成凹凸部33a之方法，轉印形成於上述模具中之圖案之方法較為有效，但藉由使用已實施稱為緞紋表面拋光處理之模具，可容易地獲得相同之構造。緞紋狀之凹部與凸部之差及寬度為1~15 μm左右，能夠以簡易之製作方法製作可獲得較高之散射之效果之凹凸部33a。
指向裝置46中，藉由將凹凸部33a設置於樹脂鑄模部14之上表面整體，而於上部整體性地散射光，藉此可使接觸面17中之光強度之輸出平均化。因此，可特別有助於指向裝置46之低耗電化。
[實施形態8]
圖20係表示本實施形態之指向裝置47之一構成例者，且係將包含發光二極體12a及接觸面17之照明光學系統放大表示之剖面圖。
如圖20所示，本實施形態之指向裝置47包含混入(添加)有填料35之添加有填料之樹脂鑄模部34(第1光控制機構)，來代替上述實施形態1中所說明之圖8之指向裝置40之構成中的樹脂鑄模部14及第1光控制機構31。再者，圖20中，將填料35模式性放大圖示。
指向裝置47中，自發光二極體12a出射之光於添加有填料之樹脂鑄模部34內藉由填料35而散射，因此引起多重散射。藉由該散射效果，使通過添加有填料之樹脂鑄模部34之光平均化，從而可抑制接觸面17中之光強度之偏差。
再者，所使用之填料35較佳為具有直徑為10 μm以下之值之粒子狀之填充材。藉由將填料之直徑設為10 μm以下，可成為接近指向裝置47中所使用之光之波長之值。又，於填料35為接近上述波長之直徑之情形時，可獲得米氏散射之效果。進而，於填料35之直徑較上述波長更小之情形時，所獲得之效果中瑞利散射占主導。因此，填料35之直徑之值亦可為發光二極體12a出射之光之波長以下。
[實施形態9]
圖21係表示本實施形態之指向裝置48之一構成例者，且係將包含發光二極體12a及接觸面17之照明光學系統放大表示之剖面圖。
如圖21所示，本實施形態之指向裝置48包含形成於樹脂鑄模部14上之透鏡部36(第1光控制機構)，來代替上述實施形態2中所說明之圖13之指向裝置41之構成中的第1光控制機構31。
透鏡部36為具有凸狀之彎曲部之透鏡構造，其擴散所到達之光。透鏡部36設置於樹脂鑄模部14之上表面之一部分。即，形成於樹脂鑄模部14之上表面之一部分的彎曲部形成透鏡部36。藉由使自樹脂鑄模部14之上表面至發光二極體12a為止之距離較透鏡部36之曲率半徑更小，可獲得擴散光之效果。
作為於樹脂鑄模部14上形成透鏡部36之方法、即於樹脂鑄模部14上形成具有透鏡效果之彎曲部之方法，存在使用已實施所轉印之圖案之模具，與樹脂鑄模部14之製作同時地形成之方法，可容易地形成。
指向裝置48中，藉由將透鏡部36設置於樹脂鑄模部14之上表面之一部分，而擴散光，藉此可使接觸面17中之光強度之輸出有效地平均化。又，透鏡部36之曲率半徑可適當進行變更，例如藉由設為需要更高之擴散效果之部分之曲率半徑較小，抑制擴散效果之程度之部分之曲率半徑較大的透鏡構造，可獲得所需之擴散效果。又，特別是於光強度較小之部分中，進一步增大曲率半徑，從而具有聚光效果，亦可實現接觸面17中之光強度分佈之均勻化。
[實施形態10]
圖22係表示本實施形態之指向裝置49之一構成例者，且係將包含發光二極體12a及接觸面17之照明光學系統放大表示之剖面圖。
如圖22所示，本實施形態之指向裝置49包含形成於樹脂鑄模部14上之彎曲狀凹部37(第1光控制機構)，來代替上述實施形態2中所說明之圖13之指向裝置41之構成中的第1光控制機構31。
彎曲狀凹部37為彎曲之凹構造，其擴散所到達之光。彎曲狀凹部37設置於樹脂鑄模部14之上表面之一部分。由於樹脂鑄模部14之彎曲狀凹部37與指向裝置45之內部空間之界面成為彎曲之凹形狀，因此可擴散自彎曲狀凹部37表面出射之光。作為於樹脂鑄模部14上形成彎曲狀凹部37之方法，存在使用已實施所轉印之圖案之模具，與樹脂鑄模部14之製作同時地形成之方法等。
指向裝置49中，藉由將彎曲狀凹部37設置於樹脂鑄模部14之上表面之一部分，而擴散光，藉此可使接觸面17中之光強度之輸出有效地平均化。
[實施形態11]
圖23係表示本實施形態之指向裝置50之一構成例之剖面圖。
如圖23所示，本實施形態之指向裝置50包含電路基板11a、11b、發光二極體12a、攝像元件13、樹脂鑄模部14、樹脂鑄模部15、框體60、第1光控制機構61、反射鏡62(光零件)、反射鏡63、64、以及波導管65。
發光二極體12a係藉由樹脂鑄模部14而密封，且安裝於電路基板11a上。發光二極體12a以其光軸位於圖中左右方向之方式而設置於框體60內。攝像元件13係藉由樹脂鑄模部15而密封，且安裝於電路基板11b上。攝像元件13以攝像面朝向圖中上方之方式而設置於框體60內。
於框體60上設置有接觸面17。反射鏡62~64及波導管65構成指向裝置50之光學系統。即，藉由發光二極體12a、攝像元件13、接觸面17、反射鏡62~64、以及波導管65而構成指向裝置50之光學系統。
第1光控制機構61為彎曲之凸構造，其擴散光。第1光控制機構61設置於反射鏡62之反射面。入射至凸構造之光會擴散並反射。因此，第1光控制機構61較佳為設置於光強度特別強之位置。作為製作第1光控制機構61之方法，存在使用已實施轉印需要之曲率之圖案的模具，與反射鏡62之製作同時地進行製作之方法等。
具有上述構成之指向裝置50中，自發光二極體12a出射之光藉由反射鏡62而照射至接觸面17。作為動作對象物之指尖10於操作中接觸於接觸面17。若指尖10接觸於接觸面17，則對接觸面17進行照明之光於指尖10之表面散射並反射。於指尖10之表面反射之光、即表示指尖10之像之光藉由反射鏡63而反射，通過波導管65，藉由反射鏡64而反射，到達攝像元件13。根據該光，藉由攝像元件13偵測指尖10之活動。
而且，指向裝置50中，藉由將第1光控制機構61設置於反射鏡62之反射面且自發光二極體12a至接觸面17之光程上，而擴散光，藉此可使接觸面17中之光強度之輸出有效地平均化。
[實施形態12]
圖24係表示本實施形態之指向裝置51之一構成例之剖面圖。
如圖24所示，本實施形態之指向裝置51包含彎曲狀反射鏡66(第1光控制機構)，來代替上述實施形態11中所說明之圖23之指向裝置50之構成中的第1光控制機構61及反射鏡62。
彎曲狀反射鏡66為彎曲之反射鏡，其擴散並反射光。藉由設為彎曲之形狀，可獲得擴散光之效果。彎曲狀反射鏡66之曲率半徑可適當進行變更，例如藉由設為需要更高之擴散效果之部分之曲率半徑較小，抑制擴散效果之程度之部分之曲率半徑較大的構造，可獲得所需之擴散效果。作為製作彎曲狀反射鏡66之方法，存在使用已實施轉印所需之曲率之圖案的模具進行製作之方法等。
指向裝置51中，藉由利用彎曲狀反射鏡66擴散光，可使接觸面17中之光強度之輸出有效地平均化。
[實施形態13]
圖25係表示本實施形態之指向裝置52之一構成例之剖面圖。
如圖25所示，本實施形態之指向裝置52除具有上述實施形態11中所說明之圖23之指向裝置50之構成中去除第1光控制機構61的構成以外，還包含透鏡67(光零件)及第1光控制機構68。
透鏡67配置於照明光學系統中之發光二極體12a與反射鏡62之間，且使來自發光二極體12a之出射光聚光至反射鏡62。反射鏡62使來自透鏡67之光反射至接觸面17。第1光控制機構68設置於透鏡67之出射面側。第1光控制機構68包含光吸收體，且吸收所到達之光。
指向裝置52中，藉由利用第1光控制機構68吸收光，而可使接觸面17中之光強度之輸出有效地平均化。再者，透鏡67並不限於具有將光聚光之功能者，亦可使用擴散光者。
[實施形態14]
圖26係表示本實施形態之指向裝置53之一構成例之剖面圖。
如圖26所示，本實施形態之指向裝置53除具有上述實施形態11中所說明之圖23之指向裝置50之構成中去除第1光控制機構61的構成以外，還包含形成有凹凸部69(第1光控制機構)之透鏡67(光零件)。
透鏡67配置於照明光學系統中之發光二極體12a與反射鏡62之間，且使來自發光二極體12a之出射光聚光至反射鏡62。反射鏡62使來自透鏡67之光反射至接觸面17。
凹凸部69為凹部與凸部週期性地重複而成之凹凸構造，其散射所到達之光。凹凸部69設置於透鏡67之出射面側。由於透鏡67與指向裝置53之內部空間之界面成為凹凸形狀，因此可散射自透鏡67出射之光。凹凸部69之凹凸形狀可適當進行變更，可獲得所需之擴散效果。又，由於凹凸部69直接形成於透鏡67上，因此透鏡67最佳為樹脂製。
指向裝置53中，藉由將凹凸部69設置於透鏡67，而散射光，藉此可使接觸面17中之光強度之輸出有效地平均化。因此，無如設置光吸收體或光反射體般之光損失部分，因此可特別有助於指向裝置53之低耗電化。
[實施形態15]
圖27係表示本實施形態之指向裝置54之一構成例之剖面圖。
如圖27所示，本實施形態之指向裝置54除具有上述實施形態11中所說明之圖23之指向裝置50之構成中去除第1光控制機構61的構成以外，還包含透鏡67(光零件)及凹凸狀樹脂部70(第1光控制機構、第2樹脂部)。
透鏡67配置於照明光學系統中之發光二極體12a與反射鏡62之間，且使來自發光二極體12a之出射光聚光至反射鏡62。反射鏡62使來自透鏡67之光反射至接觸面17。
凹凸狀樹脂部70為凹部與凸部週期性地重複而成之凹凸構造，其散射所到達之光。凹凸狀樹脂部70設置於透鏡67之出射面側。由於凹凸狀樹脂部70與指向裝置54之內部空間之界面成為凹凸形狀，因此可散射自凹凸狀樹脂部70出射之光。凹凸狀樹脂部70之凹凸形狀可適當進行變更，可獲得所需之擴散效果。又，由於凹凸狀樹脂部70擴散自透鏡67出射之光，因此最佳為包含透光性樹脂。
指向裝置54中，藉由將凹凸狀樹脂部70設置於透鏡67，而散射光，藉此可使接觸面17中之光強度之輸出有效地平均化。因此，無如設置光吸收體或光反射體般之光損失部分，因此可特別有助於指向裝置54之低耗電化。
[實施形態16]
上述實施形態1~15中，具有於1個構件上設置有用於使接觸面17中之光強度分佈均勻化之構件(第1光控制機構)之構成，但並不限於此，亦可設置於複數個構件上。例如，可成為將圖8所示之構成與圖16所示之構成組合而成的構成。
又，第1光控制機構係藉由以自發光元件出射之光均勻地照射至接觸面17之方式反射、吸收、擴散光，而控制到達接觸面17之光者。第1光控制機構亦可具有反射光之功能、吸收光之功能及擴散光之功能中之任一功能，只要根據設置部位以有效地發揮效果之方式進行選擇即可。第1光控制機構例如可於具有光反射功能之情形時由光反射體所構成，於具有光吸收功能之情形時由光吸收體所構成，於具有光擴散功能之情形時由光擴散體(凹凸構造、填料混入構造、透鏡構造、彎曲構造等)所構成。
又，圖18中，於樹脂鑄模部14(第1樹脂部)形成有凹凸部33，但亦可將於表面形成有與凹凸部33相同之形狀之樹脂部(第2樹脂部)設置於照明光學系統中、即防護部16之傾斜面19或圖23之反射鏡62等。特別是可於防護部16之傾斜面19等樹脂製者上直接形成與凹凸部33相同之形狀。再者，所謂與凹凸部33相同之形狀，當然包括包含緞紋狀之凹部與凸部之凹凸形狀。
進而，作為發揮與圖20之添加有填料之樹脂鑄模部34或於圖21之樹脂鑄模部14所形成之透鏡部36相同的功能者，亦可於照明光學系統中設置添加有填料之樹脂部(第3樹脂部)或於表面形成有擴散光之透鏡、彎曲狀之透鏡部之樹脂部(第4樹脂部)。
[實施形態17]
本實施形態中，對包含上述實施形態1~16中所說明之指向裝置40~54之電子機器加以說明。再者，作為電子機器，例如有行動電話、或PC(Personal Computer，個人電腦)(特別是筆記型電腦)、PDA(Personal Digital Assistant，個人數位助理)、遊戲機、電視等之遙控器、微波爐等包含用於使用者指示輸入所期望之操作之輸入裝置的各種電子機器，本實施形態中，使用行動電話之情形進行說明。
圖28(a)是表示搭載有指向裝置107之行動電話100之正面側之外觀的圖，圖28(b)係表示行動電話100之背面側之外觀之圖，圖28(c)係表示行動電話100之側面側之外觀之圖。
如圖28(a)~圖28(c)所示，本實施形態之行動電話100(便攜式資訊終端)包含顯示屏側框體101、操作側框體102、麥克風部103、數字鍵盤104、顯示屏部105、揚聲器部106、及指向裝置107。
顯示屏側框體101與操作側框體102係經由鉸鏈而連接，行動電話100為所謂之摺疊式行動電話。麥克風部103係將聲音資訊輸入至行動電話100者。數字鍵盤104為用於輸入數字及文字之按鈕。顯示屏部105輸出圖像資訊，且顯示來自指向裝置107之輸入資訊。揚聲器部106將聲音資訊輸出至外部。
指向裝置107為用於使用者指示輸入所期望之操作之輸入裝置，可適用上述實施形態1~16中所說明之指向裝置40~54之任一者。本實施形態中，指向裝置107係如圖28(a)所示般配置於數字鍵盤104之上部，但指向裝置107之配置方法及其朝向並不限定於此。
再者，本實施形態中，對行動電話100為摺疊式行動電話之情形進行了說明，當然並不限定於摺疊式。另外，近年來摺疊式成為主流，於摺疊之狀態下厚度為10 mm以下之行動電話亦開始出現。因此，若考慮行動電話之便攜性，則其厚度成為極其重要之要素。
於操作側框體102中，除未圖示之內部之電路基板等以外，決定操作側框體102之厚度之零件為麥克風部103、數字鍵盤104及指向裝置107。而且，由於其中指向裝置107之厚度最厚，因此指向裝置107之薄型化直接關係到行動電話100之薄型化，因而非常重要。
如上所述，可利用第1光控制機構使輸出存在偏差之發光元件之光均等分配，且利用第2光控制機構將雜散光遮光，因此可實現小型、薄型且低耗電之指向裝置107。因此，行動電話100藉由具備指向裝置107，可容易地實現薄型化及精巧化，並且可實現低耗電化。
本發明並不限定於上述各實施形態，可於請求項所示之範圍內進行各種變更，且將不同之實施形態中分別揭示之技術手段適當組合而得之實施形態亦包含於本發明之技術範圍內。
本發明之指向裝置包含：接觸面，其用於設置動作對象物；發光元件，其自與設置上述動作對象物之側相反之側對上述接觸面進行照明；及攝像元件，其接受來自上述動作對象物之反射光；且上述指向裝置具備第1光控制機構，其控制到達上述接觸面之光，以使自上述發光元件出射之光均勻地照射至上述接觸面，上述發光元件出射相對於放射角度而存在光強度偏差之光，上述第1光控制機構具有配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上之構成。
又，本發明之指向裝置較佳為進而包含將自上述發光元件出射之光中無助於上述接觸面之照明之光遮斷的第2光控制機構。
根據上述構成，可排除由發光元件所引起之雜散光。又，藉此抑制雜散光入射至攝像元件，因此可抑制由雜散光所引起之指向裝置之誤動作。
又，本發明之指向裝置理想的是上述發光元件為發光二極體。
根據上述構成，藉由使用相對於放射角度之光強度之偏差較小的發光二極體，而能夠以更短距離獲得由第1光控制機構所發揮之效果。因此，可特別有助於指向裝置之薄型化。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第1光控制機構設置於上述發光元件上。
根據上述構成，藉由將第1光控制機構設置於發光元件上，可使發光分佈成為用於使接觸面中之光強度均勻之最佳者。又，可僅變更發光元件而使用先前之指向裝置之構成。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述發光元件具有包含平坦之頂面及底面之長方體之形狀，且配置成上述頂面與上述接觸面相對向，上述第1光控制機構形成於上述發光元件之頂面中之包含該頂面之中心的區域。
根據上述構成，藉由將第1光控制機構形成於包含發光元件中之發光強度特別高之頂面之中心的區域，可減小第1光控制機構之設置區域。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述發光元件由第1樹脂部所覆蓋，上述第1光控制機構設置於上述第1樹脂部之至少一部分。
根據上述構成，藉由將第1光控制機構設置於覆蓋發光元件之第1樹脂部，而可於發光元件或構件防護罩等關鍵元件為先前之指向裝置之構成的狀態下獲得光控制效果。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述發光元件具有包含平坦之頂面及底面之長方體之形狀，並且配置成上述頂面與上述接觸面相對向，上述第1光控制機構形成於上述第1樹脂部之表面中之包含通過上述發光元件之頂面之中心之法線軸的區域。
根據上述構成，第1光控制機構形成於第1樹脂部之表面之區域，並且該區域為包含通過發光元件中之發光強度特別高之頂面之中心之法線軸的區域，因此可減小第1光控制機構之設置區域。
又，本發明之指向裝置較佳為進而包含配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上、且將自上述發光元件出射之光朝向上述接觸面側導光的光零件，上述第1光控制機構設置於上述光零件上。
根據上述構成，若於製作光零件之光控制功能之製程中形成第1光控制機構，則可抑制由於包含第1光控制機構而導致之零件個數或成本增加。因此，特別適合於照明光學系統中包含光零件之指向裝置。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述光零件為將自上述發光元件出射之光聚光之透鏡、或擴散自上述發光元件出射之光之透鏡。
根據上述構成，藉由將第1光控制機構設置於具有聚光或擴散功能之透鏡上，而若於製作透鏡中之光學功能之製作製程中形成第1光控制機構，則可抑制由於包含第1光控制機構而導致之零件個數或成本之增加。因此，特別適合於照明光學系統中包含透鏡之指向裝置，尤佳為適合由第1光控制機構進行擴散而產生之效果之情形。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述光零件為反射自上述發光元件出射之光之反射鏡。
根據上述構成，藉由將第1光控制機構設置於具有反射功能之反射鏡上，而若於製作反射鏡中之光學功能之製作製程中形成第1光控制機構，則可抑制由於包含第1光控制機構而導致之零件個數或成本之增加。因此，特別適合於照明光學系統中包含反射鏡之指向裝置。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述反射鏡之反射面之至少一部分具有彎曲之凸形狀，上述第1光控制機構具有包含上述反射鏡之彎曲之凸形狀之反射面的構造。
根據上述構成，藉由第1光控制機構具有包含反射鏡之彎曲之凸形狀之反射面的構造，而可於光反射時獲得擴散光之效果。
又，本發明之指向裝置較佳為進而包含內置上述發光元件及上述攝像元件並且於露出於外部之面設置有上述接觸面之框體，上述第1光控制機構設置於上述框體中之內置上述發光元件及上述攝像元件之側之面。
根據上述構成，藉由將第1光控制機構設置於框體上，而若於製作框體中之光學功能之製程中形成第1光控制機構，則可抑制由於包含第1光控制機構而導致之零件個數或成本之增加。因此，特別適合於包含具有反射或聚光等光學效果之框體之指向裝置。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第1光控制機構反射自上述發光元件出射之光。
根據上述構成，第1光控制機構成為具有光反射功能，且不透射光之遮光部。因此，藉由將第1光控制機構配置於光強度較高之位置，而可抑制光強度之偏差。又，藉由再利用自第1光控制機構反射之光，而可抑制光損失。因此，可特別有助於指向裝置之低耗電化。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第1光控制機構為金屬膜。
根據上述構成，可金屬反射自發光元件出射之光。又，由於金屬之反射率亦較高，且接著或圖案化亦容易，因此成為適合於第1光控制機構之遮光構件。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述第1光控制機構為上述發光元件中之包含金屬膜之電極，其反射自上述發光元件出射之光。
根據上述構成，可容易地獲得由金屬膜所形成之第1光控制機構。又，藉由發光元件之電極圖案形成時之遮罩之變更，而可製作第1光控制機構，且可直接使用既存之製程。又，以電極反射並遮斷之光輸出會自電極以外之部分輸出，從而可抑制光損失。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第1光控制機構吸收自上述發光元件出射之光。
根據上述構成，第1光控制機構成為具有光吸收功能，且不透射光之遮光部。因此，藉由將第1光控制機構配置於光強度較高之位置，而可抑制光強度之偏差。又，藉由第1光控制機構吸收遮光之光，因此可排除由反射或散射所引起之雜散光。因此，特別可提供對抑制雜散光較強之指向裝置。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第1光控制機構擴散自上述發光元件出射之光。
根據上述構成，第1光控制機構具有光擴散功能，因此若將第1光控制機構配置於光強度較高之位置，則可抑制光強度之偏差。又，藉此較高之光強度之區域的擴散有助於較低之光強度之區域，因此可平均地獲得較高之光強度。由此，可特別有助於指向裝置之低耗電化。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第1光控制機構具有位於上述光程上之界面為凹凸形狀之構造。
根據上述構成，第1光控制機構具有位於光程上之界面為凹凸形狀之構造，因此可散射光。因此，特別是無需新光學零件。
又，本發明之指向裝置較佳為上述凹凸形狀中之凹部與凸部之差、該凹部之寬度、及該凸部之寬度均為10 μm以下之值。
根據上述構成，藉由第1光控制機構具有10 μm以下之微細之凹凸形狀之構造，而凹凸形狀變得接近自發光元件出射之光之波長，因此除獲得幾何學散射以外，亦可獲得米氏散射等光學散射效果，從而可更加增大散射效果。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第1光控制機構為於表面形成有包含緞紋狀之凹部與凸部之凹凸形狀之第2樹脂部。
根據上述構成，於製作第2樹脂部時，藉由對所使用之模具之表面進行緞紋表面拋光，可於第2樹脂部之表面形成緞紋狀之凹凸形狀，從而可容易地製作第1光控制機構。又，凹凸形狀之控制可藉由反映於模具之形狀上而製作任意之凹凸形狀。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第1光控制機構為添加有填料之第3樹脂部。
根據上述構成，藉由設置添加有填料之第3樹脂部，可於樹脂內散射自發光元件輸出之光，而可容易地製作第1光控制機構。
又，本發明之指向裝置較佳為上述填料為具有直徑為10 μm以下之值之粒子狀之填充材。
根據上述構成，藉由將填料設為10 μm以下之微細之物體，而變得接近自發光元件出射之光之波長，因此除獲得幾何學散射以外，亦可獲得米氏散射等光學散射效果，從而可更加增大散射效果。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述第1光控制機構為形成於上述第1樹脂部之表面之凹凸部，其擴散自上述發光元件出射之光。
又，本發明之指向裝置較佳為，於上述第1樹脂部添加有填料，上述第1光控制機構為上述添加有填料之第1樹脂部，其擴散自上述發光元件出射之光。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述光零件包含樹脂，上述第1光控制機構為形成於上述光零件之表面之凹凸部，其擴散自上述發光元件出射之光。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述框體包含樹脂，上述第1光控制機構為形成於上述框體中之內置上述發光元件及上述攝像元件之側之面的凹凸部，其擴散自上述發光元件出射之光。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第1光控制機構為擴散自上述發光元件出射之光之透鏡。
根據上述構成，藉由將第1光控制機構設為透鏡，可利用界面之折射獲得光擴散效果。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第1光控制機構為於表面形成有彎曲狀之透鏡部之第4樹脂部。
根據上述構成，於製作第4樹脂部時，藉由將所使用之模具之表面設為彎曲狀，可於第4樹脂部之表面形成彎曲狀之透鏡部，從而可容易地製作第1光控制機構。
又，本發明之指向裝置係上述第1光控制機構為擴散自上述發光元件出射之光之透鏡，上述透鏡係上述第1樹脂部之表面彎曲而形成。
根據上述構成，藉由在第1樹脂部之表面設置透鏡構造，可擴散到達透鏡構造之部分之光。又，第1樹脂部之表面之透鏡構造可藉由將製作第2樹脂部時所使用之模具設為彎曲形狀，而利用轉印容易地製成。
又，本發明之指向裝置較佳為進而包含覆蓋上述發光元件之第1樹脂部、與內置上述發光元件及上述攝像元件並且於露出於外部之面設置有上述接觸面之框體，上述第1光控制機構設置於上述發光元件、上述第1樹脂部之至少一部分、及上述框體中之內置上述發光元件及上述攝像元件之側之面中的2個部位以上。
又，本發明之指向裝置較佳為，上述發光元件由第1樹脂部所覆蓋，上述第2光控制機構設置於上述第1樹脂部。
根據上述構成，藉由將第2光控制機構設置於第1樹脂部，而第2光控制機構配置於接近發光元件之位置，因此可減小第2光控制機構之設置區域，從而可避免裝置之大型化。
又，本發明之指向裝置較佳為進而包含內置上述發光元件及上述攝像元件並且於露出於外部之面設置有上述接觸面之框體，上述第2光控制機構設置於上述框體上。
根據上述構成，藉由第2光控制機構設置於框體，可於製作框體中之光學功能之製程中形成第2光控制機構。因此，特別適合於包含具有反射或聚光等光學效果之框體之指向裝置。
又，本發明之指向裝置較佳為上述第2光控制機構吸收自上述發光元件出射之光。
根據上述構成，第2光控制機構成為具有吸收自發光元件出射之光之功能，且不透射光之遮光部。又，利用第2光控制機構吸收遮光之光，因此可排除由反射或散射所引起之雜散光。
[產業上之可利用性]
本發明不僅可較佳用於關於偵測指尖等動作對象物之活動之指向裝置的領域，且可較佳用於關於指向裝置之製造方法、特別是指向裝置之組裝方法之領域，進而亦可廣泛用於包含指向裝置之電子機器等之領域。
10．．．指尖(動作對象物)
11、11a、11b．．．電路基板
12．．．光源(發光元件)
12a．．．發光二極體(發光元件)
12b．．．雷射二極體(發光元件)
13．．．攝像元件
14．．．樹脂鑄模部(第1樹脂部)
15．．．樹脂鑄模部
16．．．防護部(框體)
17．．．接觸面
18．．．稜鏡
19．．．傾斜面
20、24．．．反射型透鏡
21、22．．．反射面
23．．．繞射元件
31、31a、31b、31c．．．第1光控制機構
32、32a．．．第2光控制機構
33、33a．．．凹凸部(第1光控制機構)
34．．．添加有填料之樹脂鑄模部(第1光控制機構)
35．．．填料
36．．．透鏡部(第1光控制機構)
37．．．彎曲狀凹部(第1光控制機構)
1、2、3、4、40~54、107、500．．．指向裝置
60．．．框體
61．．．第1光控制機構
62．．．反射鏡(光零件)
63、64．．．反射鏡
65．．．波導管
66．．．彎曲狀反射鏡
67．．．透鏡(光零件)
68．．．第1光控制機構
69．．．凹凸部(第1光控制機構)
70．．．凹凸狀樹脂部(第1光控制機構、第2樹脂部)
100．．．行動電話(電子機器)
101．．．顯示屏側框體
102．．．操作側框體
103．．．麥克風部
104．．．數字鍵盤
105．．．顯示屏部
106．．．揚聲器部
501．．．光源
502．．．攝像元件
503．．．接觸面
504、505、506、507．．．反射鏡
508．．．第1波導管
509．．．第2波導管
510．．．阻斷膜
L、L1、L2、L3．．．光
M．．．光軸
t．．．槽深度
y1、y2、z1、z2、z3．．．長度
θ11、θ12、θ13、θ520．．．角度成分
圖1係表示第1比較例者，且係表示薄型之指向裝置之構成之剖面圖；
圖2係表示第2比較例者，且係表示薄型之指向裝置之構成之剖面圖；
圖3係表示第3比較例者，且係表示薄型之指向裝置之構成之剖面圖；
圖4係表示第4比較例者，且係表示薄型之指向裝置之構成之剖面圖；
圖5(a)係表示圖2之指向裝置中之繞射元件之概略形狀的剖面圖；
圖5(b)係表示上述繞射元件之構成例之俯視圖；
圖5(c)係表示上述繞射元件之構成例之俯視圖；
圖5(d)係表示上述繞射元件之構成例之俯視圖；
圖5(e)係表示上述繞射元件之構成例之俯視圖；
圖6係表示上述繞射元件之其他概略形狀之剖面圖；
圖7(a)係表示相對於光之波長之反射率及透射率之關係的圖；
圖7(b)係表示相對於光之波長之反射率及透射率之關係的圖；
圖7(c)係表示相對於光之波長之反射率及透射率之關係的圖；
圖8係表示本發明中之第1實施形態者，且係表示指向裝置之構成之剖面圖；
圖9係將上述指向裝置中之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示之剖面圖；
圖10係將上述指向裝置中去除第1光控制機構之情形之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示的剖面圖；
圖11(a)係表示以圖9之構成模擬時之發光二極體之放射角度特性的圖表；
圖11(b)係表示以圖10之構成模擬時之發光二極體之放射角度特性的圖表；
圖12(a)係表示以圖9之構成模擬時之接觸面之光強度分佈的圖；
圖12(b)係表示以圖10之構成模擬時之接觸面之光強度分佈的圖；
圖13係表示本發明中之第2實施形態者，且係表示指向裝置之構成之剖面圖；
圖14係將上述指向裝置中之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示之剖面圖；
圖15係表示本發明中之第3實施形態者，且係將指向裝置中之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示之剖面圖；
圖16係表示本發明中之第4實施形態者，且係將指向裝置中之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示之剖面圖；
圖17係表示本發明中之第5實施形態者，且係將指向裝置中之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示之剖面圖；
圖18係表示本發明中之第6實施形態者，且係將指向裝置中之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示之剖面圖；
圖19係表示本發明中之第7實施形態者，且係將指向裝置中之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示之剖面圖；
圖20係表示本發明中之第8實施形態者，且係將指向裝置中之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示之剖面圖；
圖21係表示本發明中之第9實施形態者，且係將指向裝置中之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示之剖面圖；
圖22係表示本發明中之第10實施形態者，且係將指向裝置中之包含發光二極體及接觸面之照明光學系統放大表示之剖面圖；
圖23係表示本發明中之第11實施形態者，且係表示指向裝置之構成之剖面圖；
圖24係表示本發明中之第12實施形態者，且係表示指向裝置之構成之剖面圖；
圖25係表示本發明中之第13實施形態者，且係表示指向裝置之構成之剖面圖；
圖26係表示本發明中之第14實施形態者，且係表示指向裝置之構成之剖面圖；
圖27係表示本發明中之第15實施形態者，且係表示指向裝置之構成之剖面圖；
圖28(a)係表示本發明中之電子機器之一實施形態者，且係自正面側觀察該電子機器之圖；
圖28(b)係自背面側觀察上述電子機器之圖；
圖28(c)係自側面側觀察上述電子機器之圖；
圖29係表示先前之指向裝置之構成之剖面圖；
圖30(a)係表示上述先前之指向裝置之接觸面中、均勻之情形的光強度分佈之圖；
圖30(b)係表示上述先前之指向裝置之接觸面中、存在偏差之情形的光強度分佈之圖；
圖31(a)係表示上述先前之指向裝置之接觸面中、均勻之情形的明暗圖案之光強度的圖；
圖31(b)係表示上述先前之指向裝置之接觸面中、存在偏差之情形的明暗圖案之光強度的圖；及
圖32係表示先前之光源中之光強度與放射角度之關係的圖。
10．．．指尖(動作對象物)
11．．．電路基板
12a．．．發光二極體(發光元件)
13．．．攝像元件
14．．．樹脂鑄模部(第1樹脂部)
15．．．樹脂鑄模部
16．．．防護部(框體)
17．．．接觸面
18．．．稜鏡
19．．．傾斜面
20．．．反射型透鏡
21、22．．．反射面
31．．．第1光控制機構
40．．．指向裝置
L．．．光
M．．．光軸

Claims (31)

  1. 一種指向裝置，其特徵在於，其係包含以下者：接觸面，其用於設置動作對象物；發光元件，其自與設置上述動作對象物之側相反之側對上述接觸面進行照明；及攝像元件，其接受來自上述動作對象物之反射光；且該指向裝置包含：第1光控制機構，其控制到達上述接觸面之光，以使自上述發光元件出射之光均勻地照射至上述接觸面；及第2光控制機構，其將自上述發光元件出射之光中無助於上述接觸面之照明之光遮斷；上述發光元件出射相對於放射角度存在光強度偏差之光；上述第1光控制機構配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上。
  2. 如請求項1之指向裝置，其中上述發光元件由第1樹脂部所覆蓋；上述第2光控制機構設置於上述第1樹脂部中。
  3. 如請求項2之指向裝置，其中上述第2光控制機構吸收自上述發光元件出射之光。
  4. 如請求項1之指向裝置，其進而包含內置上述發光元件及上述攝像元件、且於露出於外部之面設置有上述接觸面之框體；上述第2光控制機構設置於上述框體上。
  5. 一種指向裝置，其特徵在於，其係包含以下者：接觸面，其用於設置動作對象物；發光元件，其自與設置上述動作對象物之側相反之側對上述接觸面進行照明；及攝像元件，其接受來自上述動作對象物之反射光；且該指向裝置包含：第1光控制機構，其控制到達上述接觸面之光，以使自上述發光元件出射之光均勻地照射至上述接觸面；上述發光元件出射相對於放射角度存在光強度偏差之光；上述第1光控制機構配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上；且上述第1光控制機構設置於上述發光元件上；其中上述發光元件具有包含平坦之頂面及底面之長方體之形狀，並且配置成上述頂面與上述接觸面相對向；上述第1光控制機構形成於上述發光元件之頂面中之包含該頂面之中心的區域。
  6. 如請求項5之指向裝置，其中上述第1光控制機構係反射自上述發光元件出射之光。
  7. 如請求項6之指向裝置，其中上述第1光控制機構為金屬膜。
  8. 一種指向裝置，其特徵在於，其係包含以下者：接觸面，其用於設置動作對象物；發光元件，其自與設置上述動作對象物之側相反之側 對上述接觸面進行照明；及攝像元件，其接受來自上述動作對象物之反射光；且該指向裝置包含：第1光控制機構，其控制到達上述接觸面之光，以使自上述發光元件出射之光均勻地照射至上述接觸面；上述發光元件出射相對於放射角度存在光強度偏差之光；上述第1光控制機構配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上；且上述第1光控制機構設置於上述發光元件上；其中上述第1光控制機構為上述發光元件中之包含金屬膜之電極，其反射自上述發光元件出射之光。
  9. 一種指向裝置，其特徵在於，其係包含以下者：接觸面，其用於設置動作對象物；發光元件，其自與設置上述動作對象物之側相反之側對上述接觸面進行照明；及攝像元件，其接受來自上述動作對象物之反射光；且該指向裝置包含：第1光控制機構，其控制到達上述接觸面之光，以使自上述發光元件出射之光均勻地照射至上述接觸面；上述發光元件出射相對於放射角度存在光強度偏差之光；上述第1光控制機構配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上； 上述發光元件由第1樹脂部所覆蓋；且上述第1光控制機構設置於上述第1樹脂部之至少一部分中。
  10. 如請求項9之指向裝置，其中上述發光元件具有包含平坦之頂面及底面之長方體之形狀，並且配置成上述頂面與上述接觸面相對向；上述第1光控制機構形成於上述第1樹脂部之表面中包含通過上述發光元件之頂面之中心之法線軸的區域。
  11. 如請求項9之指向裝置，其中上述第1光控制機構係吸收自上述發光元件出射之光。
  12. 如請求項9之指向裝置，其中上述第1光控制機構係擴散自上述發光元件出射之光。
  13. 如請求項12之指向裝置，其中上述第1光控制機構具有位於上述光程上之界面為凹凸形狀之構造。
  14. 如請求項13之指向裝置，其中上述凹凸形狀中之凹部與凸部之差、該凹部之寬度及該凸部之寬度均為10μm以下之值。
  15. 如請求項13之指向裝置，其中上述第1光控制機構為於表面形成有包含緞紋狀之凹部與凸部之凹凸形狀的第2樹脂部。
  16. 如請求項12之指向裝置，其中上述第1光控制機構為添加有填料之第3樹脂部。
  17. 如請求項16之指向裝置，其中上述填料為具有直徑為10μm以下之值之粒子狀填充材。
  18. 如請求項9之指向裝置，其中上述第1光控制機構為形成於上述第1樹脂部之表面之凹凸部，其擴散自上述發光元件出射之光。
  19. 如請求項9之指向裝置，其中於上述第1樹脂部中添加有填料；上述第1光控制機構為添加有上述填料之第1樹脂部，其擴散自上述發光元件出射之光。
  20. 如請求項9之指向裝置，其中上述第1光控制機構為將自上述發光元件出射之光擴散之透鏡。
  21. 如請求項20之指向裝置，其中上述第1光控制機構為於表面形成有彎曲狀之透鏡部之第4樹脂部。
  22. 如請求項9之指向裝置，其中上述第1光控制機構為將自上述發光元件出射之光擴散之透鏡；上述透鏡係上述第1樹脂部之表面彎曲而形成。
  23. 一種指向裝置，其特徵在於，其係包含以下者：接觸面，其用於設置動作對象物；發光元件，其自與設置上述動作對象物之側相反之側對上述接觸面進行照明；及攝像元件，其接受來自上述動作對象物之反射光；且該指向裝置包含：第1光控制機構，其控制到達上述接觸面之光，以使自上述發光元件出射之光均勻地照射至上述接觸面；及光零件，其配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上、且將自上述發光元件出射之光朝向上述接觸面側 導光；上述發光元件出射相對於放射角度存在光強度偏差之光；上述第1光控制機構配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上；且上述第1光控制機構設置於上述光零件上。
  24. 如請求項23之指向裝置，其中上述光零件為將自上述發光元件出射之光聚光之透鏡，或將自上述發光元件出射之光擴散之透鏡。
  25. 如請求項24之指向裝置，其中上述光零件包含樹脂；上述第1光控制機構為形成於上述光零件之表面之凹凸部，其擴散自上述發光元件出射之光。
  26. 如請求項23之指向裝置，其中上述光零件為反射自上述發光元件出射之光之反射鏡。
  27. 如請求項26之指向裝置，其中上述反射鏡之反射面之至少一部分具有彎曲之凸形狀；上述第1光控制機構具有包含上述反射鏡之彎曲之凸形狀之反射面的構造。
  28. 一種指向裝置，其特徵在於，其係包含以下者：接觸面，其用於設置動作對象物；發光元件，其自與設置上述動作對象物之側相反之側對上述接觸面進行照明；及攝像元件，其接受來自上述動作對象物之反射光；且該指向裝置包含： 第1光控制機構，其控制到達上述接觸面之光，以使自上述發光元件出射之光均勻地照射至上述接觸面；及框體，其內置上述發光元件及上述攝像元件、且於露出於外部之面設置有上述接觸面；上述發光元件出射相對於放射角度存在光強度偏差之光；上述第1光控制機構配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上；且上述第1光控制機構設置於上述框體中之內置上述發光元件及上述攝像元件之側之面上。
  29. 如請求項28之指向裝置，其中上述框體包含樹脂；上述第1光控制機構為形成於上述框體中之內置上述發光元件及上述攝像元件之側之面的凹凸部，其擴散自上述發光元件出射之光。
  30. 一種指向裝置，其特徵在於，其係包含以下者：接觸面，其用於設置動作對象物；發光元件，其自與設置上述動作對象物之側相反之側對上述接觸面進行照明；及攝像元件，其接受來自上述動作對象物之反射光；且該指向裝置包含：第1光控制機構，其控制到達上述接觸面之光，以使自上述發光元件出射之光均勻地照射至上述接觸面；第1樹脂部，其覆蓋上述發光元件；及框體，其內置上述發光元件及上述攝像元件，並且於 露出於外部之面設置有上述接觸面；上述發光元件出射相對於放射角度存在光強度偏差之光；上述第1光控制機構配置於自上述發光元件至上述接觸面之光程上；且上述第1光控制機構設置於上述發光元件、上述第1樹脂部之至少一部分、及上述框體中之內置上述發光元件及上述攝像元件之側之面中的2個部位以上。
  31. 一種電子機器，其特徵在於，其係包含輸入裝置者，且上述輸入裝置為如請求項1至30中任一項之指向裝置。
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