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JP5122494B2 - Optical pointing device and electronic apparatus equipped with the device - Google Patents

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JP5122494B2
JP5122494B2 JP2009008330A JP2009008330A JP5122494B2 JP 5122494 B2 JP5122494 B2 JP 5122494B2 JP 2009008330 A JP2009008330 A JP 2009008330A JP 2009008330 A JP2009008330 A JP 2009008330A JP 5122494 B2 JP5122494 B2 JP 5122494B2
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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。   The present invention relates to an input device, and more particularly to an optical pointing device that can be mounted on an electronic device such as a mobile phone.

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。   Electronic devices such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants) employ a user interface that uses a keypad, which has a plurality of buttons for inputting numbers and characters, a direction It consists of buttons. On the other hand, in recent years, with the improvement in performance of displays, the adoption of GUI (Graphical User Interface) has become mainstream in electronic devices.

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。   In this way, the function of an electronic device such as a portable information terminal changes in a manner similar to that of a computer, so that the input method also performs a desired function by using conventional menu keys and other function keys as direction keys. This method is inconvenient, and a pointing device that enables operations such as a mouse and a touch pad used in a computer has been demanded.

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。   As the pointing device, there has been proposed an optical pointing device that extracts a change in a contact surface by observing a pattern of a subject such as a fingertip that contacts the device with an imaging device (Patent Document 1). In this configuration, the contact surface is illuminated by the light source, the pattern on the contact surface is imaged on the image sensor by the lens, and the movement of the fingertip is converted into an input signal from the detected change in the pattern.

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。   However, in the imaging optical system described above, a distance from the contact surface to the image sensor is required to form light from the contact surface on the image sensor, and the vertical length of the optical pointing device cannot be shortened. It was. Since electronic devices, particularly portable information terminals, are required to be thin, the optical pointing device is also required to reduce the vertical length.

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。   In order to satisfy the above requirements, a method of shortening the vertical length of the optical pointing device while keeping the optical path long by arranging a bending element such as a prism that bends the optical path directly under the contact surface and bending the optical path in the horizontal direction. Has been proposed (Patent Document 2). In this technique, since the optical path is bent in the horizontal direction, even if the optical path becomes long, the vertical length of the apparatus is not affected. For this reason, an optical pointing device having a short vertical length while realizing a long optical path is realized.

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。   On the other hand, in recent years, in particular, portable information terminals among electronic devices are required to be further thinned and downsized, and optical pointing devices are also required to be thin in the vertical direction and downsized in the horizontal direction. Yes. In the above-mentioned Patent Document 2, the optical path length has been increased in order to give priority to assembly, and there has been a problem that the downsizing of the optical pointing device in the horizontal direction is insufficient.

特表2007−528554Special table 2007-528554 特表2008−510248Special table 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。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an optical pointing device using a bending element, which is easy to assemble while being downsized in both the horizontal and vertical directions.

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。
In order to solve the above-described problem, an optical pointing device according to an embodiment of the present invention includes:
A contact surface that a subject such as a fingertip touches;
A first bending element such as a prism having a first inclined surface for bending a light beam scattered and reflected by the subject by illumination light from external light or a light source provided separately;
An imaging element such as a lens for imaging the bent light beam as an image;
A second bending element such as a prism having a second inclined surface that bends the imaging light beam from the imaging element by reflection, preferably total reflection;
Having an imaging element such as a CCD for imaging the imaging light beam;
An angle between the first inclined surface and the contact surface is in a range of 40 ° to 45 °.

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。
An optical pointing device according to an embodiment of the present invention includes:
The center point through which the optical axis of the imaging element passes is
It is characterized in that it is at a higher position that means the subject side as viewed from the thickness direction of the optical pointing device than the center of the first inclined surface through which the principal ray emitted from the center of the subject passes.

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。   With the above configuration, in the optical pointing device of the present invention, the first inclined surface is inclined in a direction in which the optical pointing device is thinned when viewed in the thickness direction of the optical pointing device.

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。   In addition, with the above-described configuration, an imaging element such as a lens can be viewed in the thickness direction of the optical pointing device, and the optical pointing device can be arranged in a thinning direction.

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。
An optical pointing device according to an embodiment of the present invention includes:
An air conversion distance L between the contact surface and the imaging element is in a range defined by the following formula (1), and an imaging magnification M of the subject is set to 1 or less.

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。
γ × (a / 2) × (COSφ + γ × SINφ) <L <a × Fe / (M × COSφ) (1)
(Where α is the angle of inclination between the first inclined surface and the contact surface, n is the refractive index of the first bending element, a is the photographing range of the subject on the contact surface, Φ is 2 × (45 ° −α), and Fe is the bond. The effective F number of the image element, M is the imaging magnification of the optical pointing device, and γ is TAN (90 ° −α + SIN −1 (1 / n)).
In the optical pointing device of the present invention, the optical path length of the imaging optical system can be shortened while changing the optical path in the horizontal direction by totally reflecting the scattered reflected light from the contact surface on the first inclined surface. I can do it. Therefore, the optical pointing device can be downsized not only in the vertical direction but also in the horizontal direction.

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。   When the optical path length is shortened, by making the air conversion distance L within the range of the above formula (1), a large amount of total reflection components can be secured, so the signal light amount with respect to noise light is high, that is, the SN ratio is high. It is possible to obtain a high recognition rate while being small.

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。
An optical pointing device according to an embodiment of the present invention includes:
The second bending element is assembled by passive alignment that allows position adjustment to be realized only by fitting members together in the height direction and the optical axis direction with respect to the first bending element.

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。   With this configuration, even when the image-side distance of the image sensor is short, it is possible to prevent a focus shift or the like during assembly, and an optical pointing device that can be easily assembled while being small and thin.

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。   An electronic apparatus according to an embodiment includes the optical pointing device.

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。   According to the portable information terminal of this embodiment, since the optical pointing device is thin, the thickness of the electronic device can be reduced.

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。   According to the optical pointing device of the present invention, the inclined surface of the bending element is tilted in the direction in which the device is thinned, and further, the imaging elements are arranged in the direction in which the device is thinned, thereby reducing the thickness in the vertical direction. Is realized.

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。   Note that, by setting the imaging magnification of the imaging element to 1 or less and arranging the optical system so as to maintain the total reflection condition, horizontal downsizing and high recognition accuracy can be realized simultaneously.

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。   In addition, the optical pointing device adopts an assembly structure in passive alignment, so that it is possible to realize highly accurate assembly at a low cost, and it is possible to realize a module with good assemblability even if the size is reduced in the horizontal direction.

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。   Since the optical pointing device of the present invention is small and thin as described above, by adopting the device in an electronic device such as a portable information device, the electronic device can be reduced in size and thickness.

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。It is sectional drawing explaining the optical pointing device of 1st Embodiment of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the imaging optical system of the optical pointing device of 1st Embodiment of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the imaging optical system of the optical pointing device of 1st Embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the imaging optical system of the optical pointing device of 1st Embodiment of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the imaging optical system of the optical pointing device of 1st Embodiment of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the assembly method of the optical pointing device of 1st Embodiment of this invention. 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。It is the figure which showed one Embodiment of the portable telephone using the optical pointing device of this invention.

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。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described by taking an optical pointing device using an LED as a light source as an example. However, the light source may be natural light such as sunlight as long as it is an environment where external illumination is obtained.

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。   Further, the present invention is not limited to the configurations of the following embodiments.

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。   In the following description of the embodiments, members having the same function and action are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

(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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the first embodiment of the optical pointing device 1 of the present invention. 2, 3 and 4 are diagrams for explaining the optical system of the optical pointing device 1 according to the first embodiment of the present invention in the case where the fingertip 10 is used as a subject.

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。   An LED light source 17 is disposed below the optical path conversion element 12 as a light source for illuminating the fingertip 10 that is a subject.

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。   On the contact surface 11, the fingertip 10 that is a subject contacts. The fingertip 10 is illuminated with the illumination light indicated by the optical axis S1 emitted from the LED light source 17, and is scattered and reflected.

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。   The fingertip 10 forms a scattered reflection image, but a part of the scattered reflection light becomes imaging light indicated by optical axes Z1, Z2, and Z3 of the imaging optical system.

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。   The scattered reflection image of the fingertip 10 that is the subject is captured from the contact surface 11 that is the upper surface in the vertical direction of the prism 12 that is the first bending element, as indicated by the optical axis Z1 of the imaging optical system.

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。   As shown by the optical axis Z2 of the imaging optical system, the light taken in from the contact surface 11 is reflected, preferably totally reflected, by the first inclined surface 13 provided in the first bending element, and the first bending element. Is emitted.

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。   The light emitted from the first bending element enters the falling prism 23, which is the second bending element, via the lens 15, which is the imaging element.

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。   The light incident on the falling prism 23, which is the second bending element, is reflected by the second inclined surface 26 in the falling prism 23, preferably again by total reflection, as indicated by the optical axis Z3 of the imaging optical system. It is bent and emitted from the falling prism 23.

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。   The light emitted from the second bending element is formed as an image on the image sensor 16 by the action of the lens 15 and is taken in as image data to a DSP (Digital Signal Processor) 25 which is an image processing apparatus.

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。   Although it is desirable that the first inclined surface 13 and the second inclined surface 26 be substantially parallel, there is no problem even if they are slightly deviated from the parallel shape within a range where the aberration does not become a problem.

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。   The image sensor 16 is an image sensor such as a CMOS or a CCD, and continuously captures the image of the contact surface 11 at regular intervals. When the fingertip 10 that is the subject moves, the image that is captured is an image that is shifted by a predetermined amount from the image that was captured immediately before. The optical pointing device 1 compares the shift amount of the same part in the image with the DSP 25 as the image processing device, and determines the moving amount and moving direction of the subject.

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。   The prism 12 that is the first bending element of the present invention and the contact surface 11 can be formed integrally with the cover member of the optical pointing device 1 to reduce the thickness, and the first inclined surface 13 can be formed with high accuracy. As a result, the assembly of the optical pointing device is improved.

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。   The imaging lens 15 is configured integrally with a falling prism 23 that is a second bending element. With the structure in which the falling prism 23 is assembled to the cover member 24, the positional relationship among the prism surface 13, the imaging lens 15, and the falling prism 23 can be managed with high accuracy.

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。   The diaphragm 22 is affixed outside the effective surface of the imaging lens 15 in order to block stray light incident on the imaging lens 15.

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。   The image sensor 16 is integrally formed on a DSP 25 that is an image processing apparatus. Further, the DSP 25 as the image processing apparatus is bonded onto, for example, the circuit board 21 and sealed with a transparent resin mold 20b. The LED light source 17 is also bonded on the same circuit board 21 and sealed with the transparent resin mold 20a, but is separated from the transparent resin mold 20b, and the light from the LED light source 17 propagates through the transparent resin mold. This prevents the image sensor 16 from leaking.

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。   In addition, the board | substrate 21 with which the said LED light source 17 and the image pick-up element 16 are mounted is assembled in the passive alignment form which only contact | abuts the upper surface of transparent resin mold 20a, 20b with the said optical system.

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。   Here, in order to maintain the total reflection condition of the inclined surface 13 while shortening the optical path length, when the scattered reflected light from the fingertip 10 is incident on the inclined surface 13, the incident angle to the inclined surface 13 is the largest. The portion d in FIG. 2 which is smaller, that is, when entering from a direction close to the normal line of the inclined surface 13, is the most severe condition.

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。   Among the optical path lengths, the object side optical path length that is the object side optical path length from the imaging element 15 is L, the inclination angle of the first inclined surface 13 of the first bending element 12 and the contact surface 11 is α, and the bending element is refracted. When the rate is n, the shooting range of the subject on the contact surface 11 is a, and the tilt angle of the imaging optical system in the portion from the contact surface 11 to the first inclined surface 13 is φ, the object-side optical path length L is expressed by the following equation: It is necessary to satisfy the conditions of (2) to (4).

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。
γ × (a / 2) × (COSφ + γ × SINφ) <L (2)
γ = TAN {90 ° −α + SIN −1 (1 / n)} (3)
φ = 2 × (45 ° −α) (4)
Note that L is expressed as an air equivalent distance.

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。   As shown in FIG. 2, the distance from the fingertip 10 to the center point of the first inclined surface 13 is A, the distance from the center point of the first inclined surface 13 to the center point of the exit surface 14 is B, and the exit surface 14. Where C is the distance from the center point of the lens 12 to the center point of the lens 12 that is the imaging element, the object side optical path length L is expressed by the following equation (5).

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。
L = A / n + B / n + C (5)
By setting the object side optical path length L so as to satisfy the expression (2), the first inclined surface 13 can be made a total reflection surface, and the first inclined surface is subjected to a mirror treatment such as aluminum. There is no need.

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。   This not only can reduce the manufacturing cost of the prism 12 that is the first bending element, but also transmits the light from the LED light source 17 to the fingertip 10 that is the subject on the contact surface 11 through the first inclined surface 13. This makes it possible to reduce the size of the apparatus in the horizontal and vertical directions.

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。   For example, the inclination angle α of the first inclined surface 13 and the contact surface 11 is 45 °, a photographing range of the subject on the contact surface 11 is 0.7 mm, and the refractive index n of the first bending element is 1. ..59, L needs to have a length of 1.88 mm or more.

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。   Here, the object-side optical path length L can be shortened by making the angle α formed by the first inclined surface 13 and the contact surface 11 smaller than 45 °.

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。   For example, when α which is the inclination angle between the first inclined surface 13 and the contact surface 11 is 42 °, the object side optical path length L is 1.52 mm or more. The object side optical path length L can be shortened as compared to the value of the object side optical path length L of 1.88 mm or more in the case where α is 45 °.

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。   The smaller the a, which is the shooting range of the subject on the contact surface 11, can make the optical pointing device smaller and thinner, but the recognition accuracy deteriorates.

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。   The minimum value of a that is the shooting range of the subject on the contact surface 11 will be described. When the fingertip 10 in contact with the contact surface 11 is viewed from the X direction in FIG. 3 as shown in FIG. 3A, a black and white striped pattern due to a fingerprint image is observed as shown in FIG. .

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。   When the unevenness of the fingerprint is binarized as the density of scattered reflected light and expressed in black and white, it can be used as long as it can be judged as one fingerprint stripe, that is, black and white, for use as an optical pointing device. When the margin is considered and two are considered, that is, black and white, black and white, a is about 0.7 to 0.8 mm.

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。   Next, consider the relationship between the image side optical path length I, which is the optical path length from the imaging element 15 to the image sensor 16 side, and the object side optical path length L. Note that the image-side optical path length I at this time is an air equivalent distance as with the object-side optical path length L.

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。   As shown in FIG. 4, the distance from the top of the lens 15 that is the imaging element to the center point of the second inclined surface 26 is E, and the exit surface of the second bending element is from the center point of the second inclined surface 26. Is the distance from the center point of the exit surface of the second bending element to the center point of the imaging element 16, the refractive index of the falling prism is n1, and the refractive index of the transparent resin mold 20b is In the case of n2, the image-side optical path length I is expressed by the following formula (6).

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。
I = E / n1 + F / n1 + G / n2 (6)
The distance G from the center point of the exit surface of the second bending element to the center point of the image sensor 16 is in the transparent resin mold 20b (not shown in FIG. 4), and therefore the refractive index of the transparent resin mold 20b. Divided by n2.

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。   Next, when the effective diameter of the imaging element 15 is D, the effective F number of the imaging optical system is Fe, and the imaging magnification is M, the object-side optical path length L and the image-side optical path length I are as follows: There is a relationship of (7) and Formula (8).

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 = L × M × COSφ / Fe (7)
M = I / L (8)
Here, in order to reduce the size of the optical pointing device in the vertical direction, the effective diameter of the imaging element 15 is preferably smaller than the shooting range a of the subject on the contact surface 11, and it is necessary to satisfy the following formula (9): There is.

D<a ・・・(9)
よって、式(7)、式(9)より、下記の式(10)が求まる。
D <a (9)
Therefore, the following equation (10) is obtained from the equations (7) and (9).

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。
L <a × Fe / M × COSφ (10)
Here, the effective F number Fe is a value determined by the imaging sensitivity of the imaging device 16, but is 5 or less in a general imaging device that is not highly sensitive.

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。   Further, in order to shorten the optical path length of the entire imaging optical system and reduce the size of the optical pointing device in the horizontal direction, the imaging magnification M needs to satisfy the following expression (11).

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。
M <1 (11)
By satisfying Expression (11), the image-side optical path length I is smaller than the object-side optical path length L, and the optical path length of the entire imaging optical system can be shortened.

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。   This is nothing but reducing the image-side optical path length I by using the imaging element 16 having an effective imaging area of a size smaller than the imaging range a of the subject on the contact surface.

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。   In general, the optical pointing device recognizes the movement of the concave and convex portions of the fingerprint, and the photographing range a of the subject on the contact surface 11 is preferably 0.7 to 0.8 mm for the reason of determining the movement of the fingerprint. Therefore, when the width of the effective imaging area of the image sensor 16 is H, the width H of the effective imaging area is 0.7 mm or less, which is smaller than the shooting range a of the subject on the contact surface 11, from the viewpoint of downsizing the optical pointing device. It is desirable to make it.

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。   For example, when a = 0.7 mm, Fe = 3.2, H = 0.56 mm, and α = 42 °, the imaging magnification M is obtained by dividing the effective imaging area width H by the subject imaging range a on the contact surface 11. It becomes 0.8. Therefore, L is less than 2.81 mm from the equation (10).

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。   That is, the module can be downsized in the horizontal and vertical directions by setting the object side optical path length L in the range of 1.52 mm to 2.81 mm in combination with the total reflection condition described above.

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。   In the above example, the angle between the first inclined surface 13 and the contact surface 11 has been described in the range of 42 ° to 45 °. However, in the experiment and simulation, if the lower limit is up to 40 °, coma aberration can be allowed. It was. On the other hand, in the example, when the angle formed by the first inclined surface 13 and the contact surface 11 is larger than 45 °, the thickness of the first inclined surface 13 is thicker than that of the conventional technique, and the optical pointing device is not thinned. . Therefore, the angle formed by the first inclined surface 13 and the contact surface 11 is 40 ° to 45 °.

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。   Also, as shown in FIG. 5, the angle formed between the first inclined surface 13 and the contact surface 11 is made smaller than 45 °, so that the lens 15 as the imaging element is viewed from the thickness direction of the optical pointing device. It becomes possible to arrange in the high position which means the side.

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。   FIG. 5A is an explanatory diagram of the optical system when the angle formed between the first inclined surface 13 and the contact surface 11 is 45 °, and FIGS. 5B and 5C are the first inclined surface. It is a figure explaining the arrangement | positioning of an optical system when it is a case where the angle which 13 and the contact surface 11 comprise is less than 45 degrees, and is 40 degrees as an example.

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。   Z0 is the optical axis of the lens 15 that is an imaging element, and coincides with the normal line of the surface top of the lens 15. Z1 to Z3 indicate optical paths through which the chief ray emitted from the center of the fingertip 10 as the subject passes.

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。   FIG. 5B shows an optical system so that the optical axis Z0 of the lens 15 which is an image sensor coincides with the angle formed by the first inclined surface 13 and the contact surface 11 in FIG. In FIG. 5C, the optical axis Z0 of the lens 15 that is the image sensor is positioned higher than when the angle formed between the first inclined surface 13 and the contact surface 11 is 45 °. The case where it arranges is shown.

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。   Ya to Yc shown in FIGS. 5A to 5C indicate distances in the thickness direction from the contact surface 11 to the back surface of the image sensor 16 related to the thinning of the optical pointing device 1. Although Ya and Yb are substantially the same distance, Yc is shortened by the amount by which the optical axis Z0 of the lens 15 that is the imaging element is moved upward in the thickness direction of the present optical pointing element.

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。   That is, the angle formed between the first inclined surface 13 and the contact surface 11 is made smaller than 45 °, and the tilt angle φ of the optical path Z1 of the imaging optical system in the portion from the contact surface 11 to the first inclined surface 13 is substantially 0. When the optical arrangement shown in FIG. 5C is reduced so that the angle is .degree., The lens 15 as the imaging element passes through the first light paths Z1 and Z2 of the principal rays emitted from the center of the fingertip 10 as the subject. It is arranged at a position higher than the center of the inclined surface. As a result, the image pickup device 16 can also be arranged at a high position that means the subject side as viewed from the thickness direction of the optical pointing device, and the optical pointing device 1 can be thinned.

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。   Further, as can be seen by comparing FIG. 5B and FIG. 5C, reducing the tilt angle φ of the optical path Z1 of the imaging optical system in the portion from the contact surface 11 to the first inclined surface 13 is This also leads to a reduction in the horizontal length of the imaging optical system, and the optical pointing device 1 can be reduced in thickness and size.

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。   In the above description, the tilt angle φ is approximately 0 °. However, FIG. 5B shows the state of the equation (4), and the tilt angle φ is changed from 0 ° to the equation (4). The effect of the present invention can be obtained as long as the range is satisfied.

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。   Although the imaging element 15 has been described using a lens in the present embodiment, a pinhole may be used in addition to the lens. When a pinhole is used, the imaging element 15 can be made thin, which is advantageous for downsizing. On the other hand, when a lens is used, more light can be captured with a small size, so that the brightness of the obtained image can be increased and the signal-to-noise ratio can be increased.

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。   As described above, in the optical pointing device 1 of the present invention, it is possible to reduce the size of the device in the horizontal and vertical directions while using the first inclined surface 13 of the prism 12 as the first bending element as a total reflection surface.

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。   Next, assembly of the optical pointing device of the present invention will be described with reference to FIG.

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。   On the circuit board 21 of the optical pointing device, the image sensor 16, the DSP 25 as the image processing device, and the LED light source 17 are mounted, and the member sealed with the transparent resin molds 20 a and 20 b is used as the optical pointing device lower part 1 b. The other members are referred to as an optical pointing device upper portion 1a.

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。   6A and 6B are perspective views of the optical pointing device upper portion 1a as viewed from the back side, which is the image sensor side. Further, (a) shows the cover member 24 before the falling prism 23 and the diaphragm 22 are assembled, and (b) shows the cover member 24 after the falling prism 23 and the diaphragm 22 are assembled. FIG. 6C is a perspective view of the lower part 1b of the optical pointing device as viewed from the surface side that is the subject direction.

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。   The upper part 1a of the optical pointing device is composed of a cover member 24 in which a prism 12 as a first bending element is integrally formed, a falling prism 23, and a diaphragm 22. The optical pointing device lower portion 1b is composed of components other than the optical pointing device upper portion 1a.

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。   The cover member 24 is integrally formed with first tapered portions 24a, 24b, 24c that engage with the second inclined surface of the second bending element, and a mounting surface 24e that engages with the optical pointing device lower portion 1b. .

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。   Further, the tapered portion 24a is provided with a counterbore 24d in order to maintain the total reflection condition in the portion where the imaging light is irradiated on the second inclined surface of the second bending element, thereby securing an air layer. ing.

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。   The falling prism 23 is integrally formed with second tapered portions 23b and 23c and a lens edge surface 23d.

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。   The 1st taper part 24b and the 2nd taper part 23b are parallel. Similarly, the first tapered portion 24c and the second tapered portion 23c, and the second inclined surface 26 and the first tapered portion 24a are also parallel.

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。   The assembly of the optical pointing device upper portion 1a is performed by fitting the second tapered portion with the first tapered portion.

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。   A diaphragm 22 is attached to the lens edge surface 23d of the falling prism 23, the second tapered portion 23b and the first tapered portion 24b, the second tapered portion 23c and the first tapered portion 24c, and the second inclined surface 26. After the first taper portion 24a and the first taper portion 24a are combined, an adhesive is applied to a portion other than the contact portion except the counterbore 24d portion for ensuring the total reflection, and the state shown in FIG. 6B is completed. .

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。   The second taper portion 23b and the first taper portion 24b, and the second taper portion 23c and the first taper portion 24c are combined, whereby the prism 12 and the falling prism 23 are positioned in the vertical direction, and the second inclined surface. Positioning in the horizontal direction is performed by combining a portion not participating in total reflection of 26 with the first tapered portion 24a.

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。   Each of the tapered portions is formed integrally with the cover member 24 corresponding to the casing and the second bending element, so that it can be manufactured with a tolerance of 20 microns or less as a single unit, and the total assembly tolerance is a mean square. High accuracy of 30 microns or less can be realized.

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。   Further, since the tapered portions are fitted together, positioning is performed semi-automatically, and assembly can be easily performed without requiring skill.

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。   Furthermore, in order to reduce malfunctions due to external light, even when a thin light shielding plate is provided between the falling prism 23, which is the second bending element, and the cover member 24 in a form that does not affect total reflection, positioning is performed at the tapered portion. Therefore, there is no influence such as a thickness error of the light shielding plate.

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。   After assembling the optical pointing device upper part 1a, it is fitted so that the mounting surface 24e of the optical pointing device upper part 1a contacts the sealing resins 20a and 20b of the optical pointing apparatus lower part 1b shown in FIG. The entire assembly process is completed simply by bonding.

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。   Although not shown, the optical resin is easily and accurately aligned with respect to the effective area of the image sensor 16 by fitting the sealing resins 20a and 20b and the cover member 24 into a taper. I can do it.

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。   In the present embodiment, the tapered surface is used for passive alignment between the components. However, the present invention is not limited to this, and high-precision positioning and assembly can be performed using a fitting method using pins and holes. .

(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。
(Second embodiment)
In the second embodiment, a case where the optical pointing device of the present invention is mounted on a portable telephone which is a portable information terminal will be described as an electronic apparatus employing the optical pointing device of the present invention.

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。   (A) to (c) of FIG. 7 are diagrams showing the configuration of the mobile phone. 7A is a front side of the mobile phone 100, FIG. 7B is a back side of the mobile phone 100, and FIG. 7C is a side view of the mobile phone 100. On the side.

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。   A mobile phone 100 according to this embodiment includes a monitor-side casing 101, an operation-side casing 102, a microphone unit 103, a numeric keypad 104, a monitor unit 105, a speaker unit 106, and the optical pointing device 107 of the present invention. Yes.

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。
The speaker unit 106 and the microphone unit 103 are used for inputting and outputting audio information. The monitor unit 105 is used to output video information. In the third embodiment, the monitor unit 105 is also used to display input information from the optical pointing device 107. In the third embodiment, the optical pointing device is used. Although 107 is arranged on the upper part of the numeric keypad 104 shown in FIG. 7A, the arrangement method and the direction of the optical pointing device 107 are not limited to this.

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。   The mobile phone 100 according to the third embodiment is a so-called mobile phone 100 in which an upper housing and a lower housing are connected via a hinge, as shown in FIGS. 7 (a) to 7 (c). Although the folding portable phone 100 is taken as an example, the portable phone 100 on which the optical pointing device 107 can be mounted is not limited to the folding type.

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。   However, in portable telephones, the folding type is the mainstream as in this embodiment, and those with a thickness of 10 mm or less in the folded state have also appeared. If portability is taken into account, its thickness is an extremely important factor along with downsizing.

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。
In the operation-side casing 102 shown in the rear view (b) and the side view (c) of FIG. 7, components that determine the thickness of the operation-side casing 102 excluding an internal circuit board (not shown)
The optical pointing device 107 is obtained. Among these, the thickness of the optical pointing device 107 is the largest, and the area occupied by buttons and the like is also large. The downsizing and thinning of the optical pointing device 107 directly leads to the downsizing and thinning of the mobile phone 100. Therefore, the optical pointing device of the present invention is an invention suitable for reducing the size and thickness of the mobile phone 100.

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
1 Optical pointing device
1a Optical pointing device upper part 1b Optical pointing device lower part 10 Fingertip (subject)
11 Contact surface
12 First bending element (prism)
13 First inclined surface 14 Output surface
15 Imaging element (lens)
16 Image sensor 17 LED light source
20a, 20b Transparent resin mold
21 Circuit board
22 Aperture
23 Second bending element (falling prism)
23b, 23c 2nd taper part 23d Lens edge surface 24 Cover member
24a, 24b, 24c First taber portion 24d Counterbore 24e Mount surface 25 Image processing device (DSP)
26 Second inclined surface 100 Mobile phone 101 Monitor side case 102 Operation side case 103 Microphone part 104 Numeric keypad 105 Monitor part 106 Speaker part 107 Optical pointing device

Claims (4)

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°の範囲にあり、
前記結像素子の光軸は、前記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前記接触面側にあることを特徴とする光ポインティング装置。
The contact surface that the subject touches,
A first bending element having a first inclined surface for bending a light beam emitted from the subject;
An imaging element for imaging the bent light beam as an image;
A second bending element having a second inclined surface for bending the imaging light from the imaging element;
An image sensor for imaging the imaging light;
Said first inclined surface, the angle formed between the contact surface, Ri range near the 45 ° from 40 °,
An optical pointing device , wherein an optical axis of the imaging element is on the contact surface side with respect to a center of the first inclined surface through which a principal ray emitted from the center of the subject passes .
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°の範囲にあり、
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。)
The contact surface that the subject touches,
A first bending element having a first inclined surface for bending a light beam emitted from the subject;
An imaging element for imaging the bent light beam as an image;
A second bending element having a second inclined surface for bending the imaging light from the imaging element;
An image sensor for imaging the imaging light;
The first inclined surface has an angle formed with the contact surface in a range of 40 ° to 45 °,
The imaging element is provided in a configuration that can be integrally molded with the second bending element,
The air conversion distance between the contact surface and the imaging element satisfies the following formula (1):
An optical pointing device, wherein an imaging magnification of the subject is 1 or less.
γ × (a / 2) × (COSφ + γ × SINφ) <L <a × Fe / (M × COSφ) (1)
(Where α is an angle formed by the first inclined surface and the contact surface, n is a refractive index of the first bending element, a is a photographing range of the subject on the contact surface, and φ is 2 × (45 ° −α ), Fe is the effective F number of the imaging element, M is the imaging magnification of the optical pointing device, and γ is TAN (90 ° −α + SIN −1 (1 / n)).
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または2記載の光ポインティング装置。
The first bending element is formed integrally with the cover member,
3. The optical pointing device according to claim 1, wherein the second bending element is assembled with respect to the first bending element by passive alignment in both a height direction and an optical axis direction.
請求項1から3のいずれか1項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。 An electronic apparatus comprising the optical pointing device according to any one of claims 1 to 3.
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