JP5122494B2 - 光学式ポインティング装置および該装置を搭載した電子機器 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
(但し、αは第1傾斜面と接触面の傾斜角度、nは第1折り曲げ素子の屈折率、aは接触面における被写体の撮影範囲、Φは2×(45°−α)、Feは結像素子の実効Fナンバー、Mは光ポインティング装置の撮像倍率、γはTAN(90°−α+SIN−1(1/n))である。)
この発明の光ポインティング装置においては、前記第1傾斜面において、前記接触面からの散乱反射光を全反射させることで水平方向へ光路変換しつつ、結像光学系の光路長を短くすることが出来る。そのため、光ポインティング装置を垂直方向のみならず水平方向においても小型化出来る。
前記第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。
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。
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。
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。
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。
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。
よって、式(7)、式(9)より、下記の式(10)が求まる。
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。
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。
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。
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。
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。
1a 光ポインティング装置上部
1b 光ポインティング装置下部
10 指先(被写体)
11 接触面
12 第1折り曲げ素子(プリズム)
13 第1傾斜面
14 出射面
15 結像素子(レンズ)
16 撮像素子
17 LED光源
20a、20b 透明樹脂モールド
21 回路基板
22 絞り
23 第2折り曲げ素子(立ち下げプリズム)
23b、23c 第2テーパー部
23d レンズコバ面
24 カバー部材
24a、24b、24c 第1テーバー部
24d ザグリ
24e マウント面
25 画像処理装置(DSP)
26 第2傾斜面
100 携帯型電話機
101 モニター側筐体
102 操作側筐体
103 マイク部
104 テンキー
105 モニター部
106 スピーカー部
107 光ポインティング装置
Claims (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。 - 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。) - 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。 - 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。
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