JP2015081769A

JP2015081769A - 光学式物体位置検出装置

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Publication number: JP2015081769A
Application number: JP2013218043A
Authority: JP
Inventors: 山口　陽史; Akishi Yamaguchi; 陽史山口; 和田　秀夫; Hideo Wada; 秀夫和田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-04-27

Abstract

【課題】例えばタブレット端末内に収容して使用することができて、例えばパーソナルコンピュータに搭載しても、パーソナルコンピュータの処理速度の低下や、消費電流の増大を防ぐことができる高検知精度かつ低製造コストな光学式物体位置検出装置を提供する。
【解決手段】光学式物体位置検出装置は、発光素子(８)、受光素子(９)、基板(１０)およびレンズケース(１３)を備える。受光素子(９)は、反射光の光スポットが形成される受光部と、受光部から出力される信号を処理することにより、光スポットの重心位置および大きさを計算する信号処理回路部とを有する。発光素子(８)、受光素子(９)およびレンズケース(１３)は一体に形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、ある範囲に存在する物体の位置を検出する光学式物体位置検出装置に関する。

従来、光学式物体位置検出装置としては、特開平９−９１０７９号公報(特許文献１)に開示されているように、発光素子、受光素子、発光側レンズおよび受光側レンズを備えたものがある。この受光素子から出力される信号は信号処理回路で処理されるようになっている。

特開平９−９１０７９号公報

ところで、上記従来の光学式物体位置検出装置では、発光素子、受光素子、発光側レンズ、受光側レンズおよび信号処理回路は、別々に形成されている。

したがって、上記従来の光学式物体位置検出装置は、大型になるため、例えばタブレット端末内に収容して使用することができないという問題があった。

また、上記光学式物体位置検出装置をパーソナルコンピュータに搭載する場合、受光素子から出力される信号をパーソナルコンピュータのＣＰＵ(中央処理装置)で処理することは可能である。すなわち、上記ＣＰＵが信号処理回路の機能を果たすようにすることは可能である。

しかしながら、上記ＣＰＵが信号処理回路の機能を果たすようにすると、パーソナルコンピュータの処理速度が遅くなったり、消費電流が大きくなったりしてしまうという問題が生じてしまう。

また、上記従来の光学式物体位置検出装置では、発光素子、受光素子、発光側レンズ、受光側レンズおよび信号処理回路は、別々に形成されているため、部品点数が多くなる。

したがって、上記従来の光学式物体位置検出装置をパーソナルコンピュータに搭載する場合、部品の組立誤差が累積して、検知精度が悪くなったり、部品の位置調整の工程が増えることで製造コストが高くなったりするといという問題が生じていた。

そこで、この発明の課題は、例えばタブレット端末内に収容して使用することができて、例えばパーソナルコンピュータに搭載しても、パーソナルコンピュータの処理速度の低下や、消費電流の増大を防ぐことができる高検知精度かつ低製造コストな光学式物体位置検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の光学式物体位置検出装置は、
物体に向けて光を出射する発光素子と、
上記物体による上記光の反射光が入射する受光素子と、
上記発光素子および受光素子を所定間隔あけて一表面上に搭載する基板と、
上記基板の上記一表面上に搭載されて、上記光が通過する発光側光学部品と、上記反射光が通過する受光側レンズとを有する光学部品ケースと
を備え、
上記受光素子は、
上記反射光の光スポットが形成される受光部と、
上記受光部から出力される信号を処理することにより、上記光スポットの重心位置および大きさを計算する信号処理回路部と
を有し、
上記発光素子、受光素子および光学部品ケースは互いに一体に形成されていることを特徴としている。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記受光素子は、
上記発光素子を所定のタイミングで駆動させる駆動回路部と、
上記信号処理回路部が上記信号を処理するためのプログラムを記憶する信号処理ソフトメモリ部と、
上記光スポットの重心位置および大きさに関するデータを記憶する信号処理データメモリ部と、
上記光スポットの重心位置および大きさを示す信号を出力する信号出力回路部と
を有する。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記発光素子は、発光チップと、この発光チップを封止する樹脂封止パッケージとを有し、
上記樹脂封止パッケージにはレンズが形成されている。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記受光素子はウェハレベルチップサイズパッケージで形成されている。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記受光部はｍ行×ｍ列(ｍは０を除く自然数)のＣＭＯＳエリアセンサである。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記光学部品ケースは、上記発光側光学部品および上記受光側レンズを保持する保持部を有し、
上記保持部は上記発光側光学部品および上記受光側レンズと２色成形で形成されている。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記発光素子が出射する光は、ピーク発光波長が略９５０ｎｍである赤外光であり、
上記受光素子は、上記受光部上に設けられ、略９５０ｎｍの波長の赤外光を通す光学フィルタを含むガラスを有する。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記受光側レンズは可視光を透過しなくて赤外光を透過する。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記発光素子は面発光レーザである。

一実施形態の光学式物体位置検出装置は、
上記面発光レーザと上記発光側光学部品との間に、または、上記発光側光学部品上に配置されて、上記面発光レーザが出射するレーザ光を回折する回折格子を備える。

この発明のパーソナルコンピュータは、
上記光学式物体位置検出装置を備えたことを特徴としている。

この発明のタブレット端末は、
上記光学式物体位置検出装置を備えたことを特徴としている。

この発明の携帯電話は、
上記光学式物体位置検出装置を備えたことを特徴としている。

この発明のゲーム機器は、
上記光学式物体位置検出装置を備えたことを特徴としている。

この発明の光学式物体位置検出装置は、受光部から出力される信号を処理することにより、光スポットの重心位置および大きさを計算する信号処理回路部を有する受光素子を備えることによって、小型化できるので、例えばタブレット端末内に収容して使用することができる。

また、上記光学式物体位置検出装置を例えばパーソナルコンピュータに搭載する場合、信号処理回路部が、受光部から出力される信号を処理することにより、光スポットの重心位置および大きさを計算するので、その信号をパーソナルコンピュータのＣＰＵで処理せずに済む。したがって、上記パーソナルコンピュータの処理速度の低下や、消費電流の増大を防ぐことができる。

また、上記受光素子が、発光素子と、発光側光学部品および受光側レンズを有するレンズケースと一体に形成されるので、部品点数が少なくなる。したがって、上記光学式物体位置検出装置を例えばパーソナルコンピュータに搭載する場合、部品の組立誤差の累積を低減することができる。その結果、上記光学式物体位置検出装置は、高検知精度にすることができると共に、低コストで製造することができる。

図１はこの発明の第１実施形態の光学式物体位置検出装置の概略平面図である。図２は図１のII−II線矢視の概略断面図である。図３は上記光学式物体位置検出装置の発光素子の概略縦断面図である。図４は上記光学式物体位置検出装置の受光素子の概略縦断面図である。図５は上記受光素子の受光チップの構成を説明するための模式図である。図６は上記光学式物体位置検出装置の動作を説明するための図である。図７は上記光学式物体位置検出装置の動作を説明するための他の図である。図８は上記光学式物体位置検出装置の動作を説明するための他の図である。図９は上記光学式物体位置検出装置の信号処理を説明するための図である。図１０はこの発明の第２実施形態の光学式物体位置検出装置の概略縦断面図である。

以下、この発明の光学式物体位置検出装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、この発明の第１実施形態の光学式物体位置検出装置を上方から見た概略図である。また、図２は、図１のII−II線矢視から見た概略断面図である。

上記光学式物体位置検出装置は、図１，図２に示すように、発光素子８と、受光素子９と、基板の一例としてのフレキシブル基板１０と、レンズケース１３とを備えている。この発光素子８、受光素子９およびレンズケース１３は、フレキシブル基板１０に固定され、互いに一体になっている。なお、レンズケース１３は光学部品ケースの一例である。

図３は、上記発光素子８を鉛直面で切った概略断面図である。

上記発光素子８は、物体１７(図６，図８に示す)に向けて、ピーク発光波長が略９５０ｎｍである赤外光を出射する。この発光素子８は、基板２と、この基板２上に配置されたチップ形状の赤外発光ダイオード１と、この赤外発光ダイオード１を封止する樹脂封止パッケージ３とを有している。なお、赤外発光ダイオード１は発光チップの一例である。

上記赤外発光ダイオード１は銀ペーストで基板２に固定されている。赤外発光ダイオード１の上面には電極が形成されており、この電極が金線を介して基板２の端子に電気的に接続されている。

上記樹脂封止パッケージ３は、エポキシ樹脂からなり、赤外発光ダイオード１から出射された赤外光を透過する。また、樹脂封止パッケージ３の表面には、レンズ３ａが形成されている。このレンズ３ａは、後述する発光側平凹レンズ１４(図１，図２に示す)に対向する。なお、発光側平凹レンズ１４は発光側光学部品の一例である。

なお、図示しないが、製造工程では発光素子８の構造を複数含む構造体をダイシングにより個片に分割して、複数の発光素子８を得ている。

図４は、上記受光素子９を鉛直面で切った概略断面図である。

上記受光素子９には、物体１７による赤外光の反射光が入射すると共に、ウェハレベルチップサイズパッケージで形成されている。この受光素子９は、受光チップ４と、受光チップ４上に配置されたガラス５と、受光チップ４下に形成された複数の半田バンプ７，７，…とを有している。この半田バンプ７は受光チップ４の電極となる。

上記ガラス５は受光チップ４の上面に貼り付けられている。また、ガラス５上には、ピーク発光波長が略９５０ｎｍである赤外光を透過する光学フィルタ６が設けられている。この光学フィルタ６は、上記赤外光以外では一部の可視光だけを透過する。すなわち、殆どの可視光は光学フィルタ６を通過できなくなっている。

図５は、上記受光チップ４の構成を説明するための模式図である。

上記受光チップ４には、物体１７からの反射光の光スポット１８が形成される受光部４ａと、受光部４ａから出力される信号を処理することにより、光スポット１８の重心位置および大きさを計算する信号処理回路部４ｂと、発光素子８を所定のタイミングで駆動させる駆動回路部４ｃと、信号処理回路部４ｂが信号を処理するためのプログラムを記憶する信号処理ソフトメモリ部４ｄと、光スポット１８の重心位置および大きさに関するデータを記憶する信号処理データメモリ部４ｅと、光スポット１８の重心位置および大きさを示す信号を出力する信号出力回路部４ｆとが設けられている。

上記受光部４ａはｍ行×ｍ列(ｍは０を除く自然数)のＣＭＯＳエリアセンサである。このｍとしては例えば３０〜１００の範囲内の自然数が選ばれる。また、受光部４ａの１画素のサイズは１０μｍ〜５０μｍの範囲内に設定される。受光部４ａの画素数は、検知精度に関係するが、あまり多くすると、信号処理時の消費電流が大きくなってしまう。また、受光部４ａの１画素のサイズについては、サイズ上小さいほうが良いが、ある程度の大きさがないと物体１７が比較的遠距離(５０ｃｍ程度)にある場合、必要な受光量が得られず、信号処理ができないため、１０μｍ〜５０μｍの範囲内の数値が適当である。

上記信号処理回路部４ｂ、駆動回路部４ｃ、信号処理ソフトメモリ部４ｄ、信号処理データメモリ部４ｅおよび信号出力回路部４ｆは、受光部４ａの周囲に設けられている。なお、信号処理回路部４ｂの一例としてはデジタル信号処理装置があり、信号出力回路部４ｆの一例としてはＩ^２Ｃインターフェースがある。

また、上記発光素子８および受光素子９は、図１，図２に示すように、所定間隔空けてフレキシブル基板１０の一表面上に搭載される。このフレキシブル基板１０の一表面にはパターン電極部(図示せず)が形成されている。発光素子８および受光素子９は、上記パターン電極部に塗布された半田ペースト上に置かれた後、リフローなどにより、上記パターン電極部に電気的に接続されると共に、フレキシブル基板１０に固定される。

また、上記フレキシブル基板１０の一表面において、レンズケース本体１６で覆われない部分には、チップコンデンサ１１が固定されている。このチップコンデサ１１は、フレキシブル基板１０に形成された電気回路(図示せず)に電気的に接続されている。また、上記部分には、上記電気回路を外部に電気的に接続するための端子領域１０ａも設けられている。

一方、上記フレキシブル基板１０の他表面(発光素子８側とは反対側の表面)には、フレキシブル基板１０を補強するためガラスエポキシ基板１２が接着されている。

上記レンズケース１３も、発光素子８および受光素子９と同様にフレキシブル基板１０の一表面上に搭載されている。より詳しくは、レンズケース１３は、発光素子８および受光素子９を収容するように、フレキシブル基板１０の発光素子８側の表面に固定されている。このレンズケース１３は、発光側平凹レンズ１４、受光側両凸レンズ１５およびケース本体１６から構成されている。なお、受光側両凸レンズ１５は受光側レンズの一例であり、ケース本体１６は保持部の一例である。

上記発光側平凹レンズ１４は、発光素子８より照射される赤外光を、上記光学式物体位置検出装置が機能を果たすために必要な視野角へ照射するために必要なレンズである。この発光側平凹レンズ１４の発光素子８側の表面には、非球面である凹面が形成されている。

上記受光側両凸レンズ１５は物体１７からの反射赤外光を受光素子９の受光部４ａ(図５参照)に集光する。これにより、光スポット１８が受光部４ａの表面に形成される。その後、光スポット１８の重心位置と大きさに基づいて、空間上の物体１７の位置が算出される。また、受光側両凸レンズ１５の物体１７側および受光素子９側の各表面には凸面が形成されている。この両凸面は、物体１７が受光レンズ光軸から離れた位置にある場合でも、受光素子９の受光部４ａにできるだけ歪の少ない光スポット１８が形成されて物体１７の位置検知が精度よく行われるように非球面としている。

このような発光側平凹レンズ１４および受光側両凸レンズ１５はケース本体１６によって保持されて、発光側平凹レンズ１４と受光側両凸レンズ１５の間が所定間隔となっている。また、ケース本体１６がフレキシブル基板１０に固定されることにより、発光側平凹レンズ１４および受光側両凸レンズ１５は、発光素子８および受光素子９に対して所定の位置関係で保持される。

上記発光側平凹レンズ１４、受光側両凸レンズ１５およびケース本体１６は、ケース本体１６が発光側平凹レンズ１４および受光側両凸レンズ１５を精度よく保持するように、２色成形で形成されている。この２色成形は、１回目の成形で第１の樹脂により両レンズを成形した後、この両レンズを金型ごとケース本体１６の成形のための金型にインサートして、２回目の成形を行う。

上記発光側平凹レンズ１４および受光側両凸レンズ１５を成形するための樹脂は、可視光(略７００ｎｍ以下)をカットする染料入りの例えばポリカーボネート樹脂が採用される。

上記ケース本体１６を成形するための樹脂は、可視光と赤外光の両方を遮光する例えばポリカーボネート樹脂が採用される。

上記ポリカーボネート樹脂は、耐熱温度が１３０℃程度であり、一般に光学製品によく使用されるアクリル樹脂に比べて耐熱性が高い。このポリカーボネート樹脂で発光側平凹レンズ１４などを成形することにより、上記光学式物体位置検出装置は８５℃程度の高温でも使用できるようになる。

また、上記ケース本体１６には遮光壁１６ａが設けられている。この遮光壁１６ａは、発光素子８を収容する空間と、受光素子９を収容する空間とを仕切って、発光側の赤外光が受光側へ進入しないようにしている。

また、上記レンズケース１３は、赤外光を遮光する接着剤を使って、フレキシブル基板１０に固定されている。これにより、上記接着剤でフレキシブル基板１０とケース本体１６の隙間を塞いで、発光側から受光側に赤外光が漏れ出ないようにしている。

以下、図６〜図９を用いて、上記光学式物体位置検出装置の動作について説明する。

上記光学式物体位置検出装置の発光側から照射される赤外光は、図６に示すように、発光側光軸周りに略±１５°の範囲にある。この範囲内に物体１７がある場合、図７に示すように、物体１７からの反射赤外光が受光側両凸レンズ１５を通して受光部４ａに光スポット１８を形成する。この光スポット１８の位置は、物体１７がＸＹ面上を移動すれば、この移動に応じて変わる。このとき、光スポット１８の重心座標（Ｘ，Ｙ）も変わり、この重心座標に基づいて、物体１７のＸ，Ｙ軸方向の位置が検出される。なお、図６において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに垂直な軸である。

一方、図８に示すように、上記光学式物体位置検出装置と物体１７の間のＺ軸方向の距離が変化すれば、光スポット１８の大きさが変化する。このとき、光スポット１８の大きさに基づいて、物体１７のＺ軸方向の位置が検出される。

また、図９に示すように、発光素子８は所定周期でパルス的に発光させる。このとき、発光素子８の発光するタイミング(１)における受光素子９の受光量(ａ＋ｂ)と、発光素子８の発光しないタイミング(２)における受光素子９の受光量(ｂ)との差が取られ、後段の信号処理が上記差を使って行われるようになっている。これにより、上記光学式物体位置検出装置は、外乱光をキャンセルして、外乱光に対する耐性を上げることができるようになる。

上記構成の光学式物体位置検出装置は、上記受光素子９は、受光部４ａから出力される信号を処理することにより、光スポット１８の重心位置および大きさを計算する信号処理回路部４ｂを有するので、小型化できる。したがって、上記光学式物体位置検出装置は例えばタブレット端末内に収容して使用することができる。

また、上記光学式物体位置検出装置を例えばパーソナルコンピュータに搭載する場合、信号処理回路部４ｂが、受光部４ａから出力される信号を処理することにより、光スポット１８の重心位置および大きさを計算するので、その信号をパーソナルコンピュータのＣＰＵで処理せずに済む。したがって、上記光学式物体位置検出装置は、パーソナルコンピュータの処理速度の低下や、消費電流の増大を防ぐことができる。

また、上記発光素子８、受光素子９およびレンズケース１３は互いに一体に形成されているので、部品点数が少なくなる。したがって、上記光学式物体位置検出装置を例えばパーソナルコンピュータに搭載する場合、部品の組立誤差の累積を低減することができる。その結果、上記光学式物体位置検出装置は、高検知精度にすることができると共に、低コストで製造することができる。

また、上記受光素子９は、信号処理回路部４ｂの他に、駆動回路部４ｃ、信号処理ソフトメモリ部４ｄ、信号処理データメモリ部４ｅおよび信号出力回路部４ｆを有する。これにより、上記光学式物体位置検出装置は、さらに小型化できる。

また、上記樹脂封止パッケージ３にはレンズ３ａが形成されているので、部品点数を減らすことができる。

また、上記受光素子９はウェハレベルチップサイズパッケージの構造を有するので、受光素子９のサイズを小さくすることができる。

また、上記受光部４ａがｍ行×ｍ列のＣＭＯＳエリアセンサであるので、物体１７の検出領域にｘ軸およびｙ軸を設定したとき、第１〜第４象限における物体１７の検出領域を互いに略等しくすることができる。

また、上記ケース本体１６は発光側平凹レンズ１４および受光側両凸レンズ１５と２色成形で形成されるので、ケース本体１６に対する発光側平凹レンズ１４および受光側両凸レンズ１５の位置精度を高めることができる。

また、上記発光素子８が出射する光は、ピーク発光波長が略９５０ｎｍである赤外光である。一方、受光素子９の受光部４ａ上には、略９５０ｎｍの波長の赤外光を通す光学フィルタ６を含むガラス５が形成されているので、ノイズ光が受光部４ａに入るのを防ぐことができる。したがって、上記光学式物体位置検出装置は検知精度を高めることができる。

また、上記受光側両凸レンズ１５は、可視光(略７００ｎｍ以下)をカットする染料入りの例えばポリカーボネート樹脂で成形されている。これにより、受光側両凸レンズ１５は、赤外光(略９５０ｎｍ)を透過するが、可視光を透過しなくなって、ある程度の外乱光のある環境でも使用できる。

また、上記光学フィルタ６は赤外光以外では一部の可視光だけしか透過しないので、光部４ａへ向かうノイズ光を低減できる。

上記第１実施形態では、光学フィルタ６は、一部の可視光を透過していたが、その一部の可視光を透過しないようにしてもよい。

〔第２実施形態〕
図１０は、この発明の第２実施形態の光学式物体位置検出装置を鉛直面で切った概略断面図である。なお、図１０において、図２の構成部と同一構成部には、図２の構成部の参照番号と同一参照番号を付している。

上記光学式物体位置検出装置は、発光素子の一例としての赤外面発光レーザ１９と、発光側光学窓２１４と、回折格子２０と、レンズケース２１３とを備えている。なお、発光側光学窓２１４は発光側光学部品の一例である。

上記赤外面発光レーザ１９は、半導体を用いて形成されて、フレキシブル基板１０の赤外面発光レーザ１９側の表面に対して略垂直な方向に赤外光を出射する。

上記発光側光学窓２１４は、可視光(略７００ｎｍ以下)をカットする染料入りの例えばポリカーボネート樹脂で成形されている。また、発光側光学窓２１４はレンズ効果を奏さない。

上記回折格子２０は、赤外面発光レーザ１９が出射する赤外レーザ光の光軸に対して略垂直な方向に、その赤外レーザ光を分割する。これにより、赤外面発光レーザ１９からの赤外レーザ光が広がるようになっている。

上記レンズケース２１３は、図２のレンズケース１３とは形状だけ異なっており、保持部の一例としてのケース本体２１６を有している。このケース本体２１６は、可視光と赤外光の両方を遮光する例えばポリカーボネート樹脂で成形されている。また、ケース本体２１６には、図２の遮光壁１６ａと同様の役割を果たす遮光壁２１６ａが設けられている。

また、上記発光側平凹光学窓２１４、受光側両凸レンズ１５およびケース本体２１６は、２色成形で形成されている。

上記構成の光学式物体位置検出装置は、赤外面発光レーザ１９を備えるので、赤外面発光レーザ１９から出射される赤外レーザ光の広がり角は発光ダイオードに比べてかなり小さいので、発光側光学窓２１４の図中左右方向のサイズを小さくすることできると共に、赤外面発光レーザ１９と発光側光学窓２１４の間の距離を短くすることができる。しがって、上記光学式物体位置検出装置は小型化できる。

また、上記赤外面発光レーザ１９はチップ上面より赤外光が出るので、フレキシブル基板１０の赤外面発光レーザ１９側の表面に対して略垂直な方向に赤外光を出射させる場合に都合がよい。例えば、面発光型でない通常の半導体レーザは、チップ側面が発光するので、フレキシブル基板１０の赤外面発光レーザ１９側の表面に対して略垂直な方向に赤外光を出射させるには不適である。

また、上記赤外面発光レーザ１９を使用することによって、発光ダイオードを使用する場合に比べて、有効利用できる光が格段に多くなる。したがって、上記光学式物体位置検出装置は、赤外面発光レーザ１９に供給する電流を減らして、消費電流も小さくすることができる。

また、上記発光側光学窓２１４上に回折格子２０を配置することにより、赤外面発光レーザ１９からの赤外レーザ光を広げることができるので、発光側光学窓２１４の厚みを薄くすることができる。

上記第２実施形態では、回折格子２０は、発光側光学窓２１４上に配置されていたが、発光側光学窓２１４と赤外面発光レーザ１９との間に配置されてもよい。

上記第１，第２実施形態では、ピーク発光波長が略９５０ｎｍである赤外光を用いて物体１７の位置を検出していたが、ピーク発光波長が例えば略８９０ｎｍである赤外光、または、赤外光以外の光を用いて、物体１７の位置を検出してもよい。

上記第１，第２実施形態では、フレキシブル基板１０を用いていたが、リジッド基板等を用いてもよい。

上記第１，第２実施形態の光学式物体位置検出装置は、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、携帯電話、ゲーム機器などに搭載してもよい。

また、上記第１，第２実施形態の光学式物体位置検出装置をタブレット端末等に搭載した場合、このタブレット端末では、表示パネルをタッチしなくても、空中で指等を動かすだけで操作できるようになる。

また、上記第１，第２実施形態の光学式物体位置検出装置をゲーム機器のコントローラに搭載した場合、このゲーム機器では、コントローラに触ることなく、中で指等を動かすことで操作できるようになる。その結果、上記ゲーム機器の遊戯性が向上する。

以上のように、この発明の具体的な第１，第２実施形態について説明したが、この発明は上記第１，第２実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記第１実施形態の記載と第２実施形態の記載とを適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態にしてもよい。

すなわち、この発明および実施形態の光学式物体位置検出装置を纏めると次のようになる。

この発明の光学式物体位置検出装置は、
物体１７に向けて光を出射する発光素子８，１９と、
上記物体１７による上記光の反射光が入射する受光素子９と、
上記発光素子８，１９および受光素子９を所定間隔あけて一表面上に搭載する基板１０と、
上記基板１０の上記一表面上に搭載されて、上記光が通過する発光側光学部品１４，２１４と、上記反射光が通過する受光側レンズ１５とを有する光学部品ケース１３，２１３と
を備え、
上記受光素子９は、
上記反射光の光スポット１８が形成される受光部４ａと、
上記受光部４ａから出力される信号を処理することにより、上記光スポット１８の重心位置および大きさを計算する信号処理回路部４ｂと
を有し、
上記発光素子８，１９、受光素子９および光学部品ケース１３，２１３は一体に形成されていることを特徴としている。

上記構成によれば、上記受光素子９は、受光部４ａから出力される信号を処理することにより、光スポット１８の重心位置および大きさを計算する信号処理回路部４ｂを有する。これにより、上記光学式物体位置検出装置は、小型化できるので、例えばタブレット端末内に収容して使用することができる。

また、上記発光素子８，１９、受光素子９および光学部品ケース１３，２１３は互いに一体に形成されているので、部品点数が少なくなる。したがって、上記光学式物体位置検出装置を例えばパーソナルコンピュータに搭載する場合、部品の組立誤差の累積を低減することができる。その結果、上記光学式物体位置検出装置は、高検知精度にすることができると共に、低コストで製造することができる。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記受光素子９は、
上記発光素子８，１９を所定のタイミングで駆動させる駆動回路部４ｃと、
上記信号処理回路部４ｂが上記信号を処理するためのプログラムを記憶する信号処理ソフトメモリ部４ｄと、
上記光スポット１８の重心位置および大きさに関するデータを記憶する信号処理データメモリ部４ｅと、
上記光スポット１８の重心位置および大きさを示す信号を出力する信号出力回路部４ｆと
を有する。

上記実施形態によれば、上記受光素子９は、発光素子８，１９を所定のタイミングで駆動させる駆動回路部４ｃと、信号処理回路部４ｂが上記信号を処理するためのプログラムを記憶する信号処理ソフトメモリ部４ｄと、光スポット１８の重心位置および大きさに関するデータを記憶する信号処理データメモリ部４ｅと、光スポット１８の重心位置および大きさを示す信号を出力する信号出力回路部４ｆとを有する。これにより、上記光学式物体位置検出装置は、さらに小型化できる。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記発光素子８は、発光チップ１と、この発光チップ１を封止する樹脂封止パッケージ３とを有し、
上記樹脂封止パッケージ３にはレンズ３ａが形成されている。

上記実施形態によれば、上記樹脂封止パッケージ３にはレンズ３ａが形成されているので、部品点数を減らすことができる。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記受光素子９はウェハレベルチップサイズパッケージで形成されている。

上記実施形態によれば、上記受光素子９はウェハレベルチップサイズパッケージの構造を有するので、受光素子９のサイズを小さくすることができる。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記受光部４ａはｍ行×ｍ列(ｍは０を除く自然数)のＣＭＯＳ(相補型金属酸化膜半導体)エリアセンサである。

上記実施形態によれば、上記受光部４ａがｍ行×ｍ列のＣＭＯＳエリアセンサであるので、物体１７の検出領域にｘ軸およびｙ軸を設定したとき、第１〜第４象限における物体１７の検出領域を互いに略等しくすることができる。

なお、上記ｙ軸は上記ｘ軸に垂直な軸である。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記光学部品ケース１３，２１３は、上記発光側光学部品１４，２１４および上記受光側レンズ１５を保持する保持部１６，２１６を有し、
上記保持部１６，２１６は上記発光側光学部品１４，２１４および上記受光側レンズ１５と２色成形で形成されている。

上記実施形態によれば、上記保持部１６，２１６は発光側光学部品１４，２１４および受光側レンズ１５と２色成形で形成されるので、保持部１６，２１６に対する発光側光学部品１４，２１４および受光側レンズ１５の位置精度を高めることができる。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記発光素子８，１９が出射する光は、ピーク発光波長が略９５０ｎｍである赤外光であり、
上記受光素子９は、上記受光部４ａ上に設けられ、略９５０ｎｍの波長の赤外光を通す光学フィルタ６を含むガラスを有する。

上記実施形態によれば、上記発光素子８，１９が出射する光は、ピーク発光波長が略９５０ｎｍである赤外光である。一方、上記受光素子９の受光部４ａ上には、略９５０ｎｍの波長の赤外光を通す光学フィルタ６を含むガラスが形成されているので、ある程度の外乱光のある環境でも使用できる。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記受光側レンズ１５は可視光を透過しなくて赤外光を透過する。

上記実施形態によれば、上記受光側レンズ１５は可視光を透過しなくて赤外光を透過するので、受光素子９へ向かうノイズ光を低減できる。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記発光素子１９は面発光レーザ１９である。

上記実施形態によれば、上記発光素子１９は面発光レーザ１９であるので、発光側光学部品２１４において光軸に垂直な方向の大きさを小さくすることができると共に、面発光レーザ１９と発光側光学部品２１４の間の距離を短くすることができる。

一実施形態の光学式物体位置検出装置では、
上記面発光レーザ１９と上記発光側光学部品２１４との間に、または、上記発光側光学部品２１４上に配置されて、上記面発光レーザ１９が出射するレーザ光を回折する回折格子２０を備える。

上記実施形態によれば、上記回折格子２０は、面発光レーザ１９が出射するレーザ光を回折するので、そのレーザ光の広がり角を広げることができる。したがって、上記光学式物体位置検出装置では発光側光学部品２１４の厚みを薄くすることができる。

上記構成によれば、上記光学式物体位置検出装置を備えるので、小型化、高速処理、低消費電流、高検知精度および低製造コストを実現できる。

１赤外発光チップ
２基板
３樹脂封止パッケージ
４ａ受光部
４ｂ信号処理回路部
４ｃ駆動回路部
４ｄ信号処理ソフトメモリ部
４ｅ信号処理データメモリ部
４ｆ信号出力回路部
５ガラス
６光学フィルタ
７半田バンプ
８発光素子
９受光素子
１０フレキシブル基板
１３レンズケース
１４発光側平凹レンズ
１５受光側両凸レンズ
１８光スポット
１９赤外面発光レーザ
２０回折格子
２１４発光側レンズ

Claims

物体に向けて光を出射する発光素子と、
上記物体による上記光の反射光が入射する受光素子と、
上記発光素子および受光素子を所定間隔あけて一表面上に搭載する基板と、
上記基板の上記一表面上に搭載されて、上記光が通過する発光側光学部品と、上記反射光が通過する受光側レンズとを有する光学部品ケースと
を備え、
上記受光素子は、
上記反射光の光スポットが形成される受光部と、
上記受光部から出力される信号を処理することにより、上記光スポットの重心位置および大きさを計算する信号処理回路部と
を有し、
上記発光素子、受光素子および光学部品ケースは互いに一体に形成されていることを特徴とする光学式物体位置検出装置。
請求項１に記載の光学式物体位置検出装置において、
上記受光素子は、
上記発光素子を所定のタイミングで駆動させる駆動回路部と、
上記信号処理回路部が上記信号を処理するためのプログラムを記憶する信号処理ソフトメモリ部と、
上記光スポットの重心位置および大きさに関するデータを記憶する信号処理データメモリ部と、
上記光スポットの重心位置および大きさを示す信号を出力する信号出力回路部と
を有することを特徴とする光学式物体位置検出装置。
請求項１または２に記載の光学式物体位置検出装置において、
上記発光素子は、発光チップと、この発光チップを封止する樹脂封止パッケージとを有し、
上記樹脂封止パッケージにはレンズが形成されていることを特徴とする光学式物体位置検出装置。
請求項１または２に記載の光学式物体位置検出装置において、
上記発光素子は面発光レーザであることを特徴とする光学式物体位置検出装置。
請求項４に記載の光学式物体位置検出装置において、
上記面発光レーザと上記発光側光学部品との間に、または、上記発光側光学部品上に配置されて、上記面発光レーザが出射するレーザ光を回折する回折格子を備えることを特徴とする光学式物体位置検出装置。