特開 2024-18184 電子ペン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024018184

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】電子ペン

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/0354 20130101AFI20240201BHJP

【ＦＩ】

G06F3/0354 440

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022121350

(22)【出願日】2022-07-29

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 淳

【テーマコード（参考）】

5B087

【Ｆターム（参考）】

5B087AA02

5B087AA09

5B087BC03

5B087BC32

(57)【要約】

【課題】電子ペンを小型化すること。ポインテング装置が大型化する。
【解決手段】電子ペン１００は、照射光Ｌ１を照射させる光源１０と、光源１０からの照射光Ｌ１を反射させる回転体３０と、回転体３０が反射した照射光Ｌ１を受光する受光部材５１と、光源１０から受光部材５１までの光路に設けられる遮光部材ＳＴと、第１位置ＳＬ１の場合に光源１０からの照射光Ｌ１を受光部材５１に入射させ、第２位置ＳＬ２の場合に光源１０からの照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴへ入射させるように移動される可動部材６１とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

照射光を照射させる光源と、
前記光源からの前記照射光を反射させる回転体と、
前記回転体が反射した前記照射光を受光する受光部材と、
前記光源から前記受光部材までの光路に設けられる遮光部材と、
第１位置の場合に前記光源からの前記照射光を前記受光部材に入射させ、第２位置の場合に前記光源からの前記照射光を前記遮光部材へ入射させるように移動される可動部材と、
を備える電子ペン。

【請求項2】

前記可動部材は、外力が付加された場合に前記第２位置から前記第１位置へ移動され、外力が付加されない場合に前記第１位置から前記第２位置へ移動される、請求項１に記載の電子ペン。

【請求項3】

前記光源と前記受光部材とを設ける基板を備える、請求項１に記載の電子ペン。

【請求項4】

前記可動部材は、前記第１位置の場合に、前記照射光を前記受光部材が受光するように偏向させる第１偏向部材を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の電子ペン。

【請求項5】

前記遮光部材は、開口を有し、
前記第１偏向部材は、前記可動部材が前記第１位置の場合に、前記遮光部材の前記開口を通過した前記照射光を前記受光部材が受光するように偏向させ、前記可動部材が前記第２位置の場合に、前記照射光を前記遮光部材が遮光するように前記照射光を偏向させる、請求項４に記載の電子ペン。

【請求項6】

前記可動部材が前記第１位置の場合に、前記第１偏向部材が偏向した前記照射光を前記遮光部材の前記開口を介して前記回転体に向けて偏向させ、前記可動部材が前記第２位置の場合に、前記第１偏向部材が偏向した前記照射光を前記遮光部材に向けて偏向させる第２偏向部材を備える、請求項５に記載の電子ペン。

【請求項7】

前記遮光部材と前記回転体との間の光路に設けられ、前記遮光部材の前記開口を通過した前記照射光の一部を前記回転体に向けて透過させ、前記回転体で反射された前記照射光の一部を前記受光部材に向けて偏向させる第３偏向部材を備える、請求項６に記載の電子ペン。

【請求項8】

前記光源と前記受光部材との間に設けられ、前記可動部材が前記第１位置の場合に、前記回転体に向けて照射光を偏向させる第１偏向部材を備える、請求項１に記載の電子ペン。

【請求項9】

前記遮光部材は、開口を有し、
前記第１偏向部材は、前記可動部材が前記第１位置の場合に、前記遮光部材の開口を通過した照射光を受光部材が受光するように偏向させ、前記可動部材が前記第２位置の場合に、前記照射光を前記遮光部材が遮光するように前記照射光を偏向させる、請求項８に記載の電子ペン。

【請求項10】

前記受光部材が照射光を受光しているか否かを検出する検出部材を備える、請求項１に記載の電子ペン。

【請求項11】

前記受光部材からの出力信号に基づいて変位情報を送信する際に遅延をかける制御部材を有する、請求項１に記載の電子ペン。

【請求項12】

前記制御部材は、前記受光部材が前記照射光を受光しなくなったことに基づいてクリック信号を出力する際に、前記変位情報の出力よりも遅延が少なくなるようにする、請求項１１に記載の電子ペン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポインター又はカーソルの移動やクリック動作を行うことができる電子ペンに関する。

【背景技術】

【0002】

電子ペンとして、光源と、装置全体の動きにより回転するボールと、装置の動きをイメージで検出する光学イメージセンサーとを備えるものが公知となっている（特許文献１）。特許文献１の装置は、光源によって照射光をボールに向けて照射し、光学イメージセンサーによってボールが反射した照射光を受光することで、移動方向を検出する。また、ボタン・スイッチは、外力が付加された場合にクリック操作を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１３９５６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記先行技術文献の装置では、電子ペンの動く向きを検出する機構とは別の機構としてクリック操作を検出する機構を電子ペン内に設けているので、電子ペンが大型化する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一側面における電子ペンは、照射光を照射させる光源と、光源からの照射光を反射させる回転体と、回転体が反射した照射光を受光する受光部材と、光源から受光部材までの光路に設けられる遮光部材と、第１位置の場合に光源からの照射光を受光部材に入射させ、第２位置の場合に光源からの照射光を遮光部材へ入射させるように移動される可動部材とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態の電子ペンを説明する縦断面図である。

【図2】電子ペンのＣ－Ｃ横断面図である。

【図3】電子ペンの可動部材に外力が付加されない状態を説明する図である。

【図4】電子ペンの制御部を説明するブロック図である。

【図5】電子ペンと通信する電子機器を説明するブロック図である。

【図6】第１実施形態の変形例の説明する図である。

【図7】第２実施形態の電子ペンを説明する縦断面図である。

【図8】電子ペンの可動部材に外力が付加されない状態を説明する図である。

【図9】第３実施形態の電子ペンを説明する縦断面図である。

【図10】可動部材に対する外力を変化させた場合の部分拡大断面図である。

【図11】電子ペンによる移動速度の検出を説明するチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照して、本発明に係る電子ペンの第１実施形態について詳細に説明する。

【0008】

図１は、電子ペン１００の縦断面図であり、図２は、図１に示す電子ペン１００のＣ－Ｃ横断面図である。電子ペン１００は、後述する電子機器に付随するペン型マウスであり、使用者ＵＳの手ＨＤが電子ペン１００のペン軸本体５ａを握って操作することで、ディスプレイ等に表示されるポインター又はカーソルについて移動やクリック動作を行うことができる。電子ペン１００は、図示のように直立した状態に限らず、所定の範囲内で任意の角度に傾いていても、動作を正確に行うことができる。

【0009】

電子ペン１００は、光源１０と、回転体３０と、レンズ２１と、第１偏向板４１と、第２偏向板４２と、受光部材５１と、可動部材６１と、制御部２と、電源３と、基板４と、ケース部材５とを備える。電子ペン１００において、光源１０、回転体３０、レンズ２１、第１偏向板４１、第２偏向板４２、及び受光部材５１は、操作方向取得部９１として機能する。操作方向取得部９１は、電子ペン１００の操作量及び操作方向に関する情報を取得する。また、光源１０、回転体３０、レンズ２１、第１偏向板４１、第２偏向板４２、受光部材５１、及び可動部材６１は、操作検出部９２として機能する。操作検出部９２は、電子ペン１００において、クリック等の特定の操作がされたことを検出する。操作検出部９２は、操作方向取得部９１に対して可動部材６１を追加したものとなっていて、操作方向取得部９１の状態を使用者ＵＳの意思で外的作用により変化させることを可能にし、かかる外的作用による変化を使用者ＵＳの特定操作に相当する情報として検出する。

【0010】

ケース部材５は、縦長の筒状部材であり、基準軸ＫＬに沿って延びる。ケース部材５は、ペン軸本体５ａと、ペン先５ｂとを有する。ペン軸本体５ａは、ケース部材５の本体部分であり、肉厚が略一定の円筒形状を有する。ペン先５ｂは、回転体３０が取り付けられる部分であり、下方に向けて先細りのテーパ形状を有する。ケース部材５の内部空間５ｉには、光源１０、回転体３０の上部、レンズ２１、第１向部材４１、受光部材５１、制御部２、電源３、及び基板４が収納されている。光源１０、受光部材５１、及び制御部２は、ケース部材５の内側面５ｄに固定された基板４のうち可動部材６１に対向する表面４ａ上に固定されている。レンズ２１及び第１偏向板４１は、ケース部材５の内側面５ｄから延びる支持部材５ｓ（図２参照）を介してケース部材５に固定されている。

【0011】

基板４は、縦方向に細長い板状部材であり、ケース部材５の内部空間５ｉのうち、ペン軸本体５ａの下部側に配置され、電源３は、ペン軸本体５ａの上部側に配置されている。基板４上には、光源１０、受光部材５１、制御部２等を含む各種電子部品や回路パターンが実装されている。つまり、基板４は、光源１０と受光部材５１とを設けたものとなっている。基板４は、その表面４ａが可動部材６１に対して略平行になるように配置され、基板４の横方向の端部４ｅ，４ｆにおいてペン軸本体５ａの内側面５ｄの２か所に固定される（図２参照）。

【0012】

光源１０は、照射光Ｌ１を照射させるものである。光源１０は、基板４上で受光部材５１よりも下側に配置され、照射光Ｌ１を下方に向けて出射する。光源１０からの照射光Ｌ１は、直接回転体３０に入射する。光源１０としては、例えばレーザー、ＬＥＤ等が挙げられる。光源１０としてレーザーを用いる場合、検出精度を向上させつつ消費電力をより低減することができる。なお、光源１０がレーザーやＬＥＤである場合、光源１０の光射出部にレンズを設けることにより、光束断面を調整することができる。

【0013】

回転体３０は、光源１０からの照射光Ｌ１を反射し、かつ自在な方向への回転が可能となっている。回転体３０は、ペン先５ｂの孔５ｏの周囲に設けられた軸受け部材３５にはめ込まれている。軸受け部材３５は、回転体３０を回転可能に支持する。回転体３０を軸受け部材３５のみと接触させることにより、回転体３０の回転が円滑になり、検出精度を向上させることができる。軸受け部材３５は、ペン軸本体５ａの軸方向すなわち第１方向Ａの上下で回転体３０を露出させる開口３５ｄ，３５ｅを有しており、回転体３０の一部が上下に露出するようになっている。回転体３０のうち上側の露出部分は、光源１０からの照射光Ｌ１を反射し、下側の露出部分は、マウスパッドや机等に接する。

【0014】

回転体３０は、小型の球体又はボールであり、例えば金属、樹脂、セラミック等で形成される。回転体３０は、その表面３０ａにランダムな微細凹凸が形成されているが、表面３０ａに模様を有するものであってもよい。また、回転体３０は、微細な凹凸や模様が形成されない表面であってもよい。

【0015】

レンズ２１は、回転体３０の上方に配置されている。レンズ２１には、回転体３０が反射した照射光Ｌ１が入射する。レンズ２１は、回転体３０の表面で反射され発散する照射光Ｌ１をコリメートし或いは収束させる。レンズ２１の焦点距離は、回転体３０からレンズ２１までの距離や、レンズ２１から受光部材５１までの光路長を考慮して決定される。レンズ２１は、一般的な光学レンズに限らず、板状のフレネルレンズであってもよい。なお、光源１０がレーザーである場合、レンズ２１を省略することもできる。

【0016】

第１偏向板４１は、レンズ２１の上方に配置されている。第１偏向板４１は、小サイズの平面ミラーであり、回転体３０で反射されレンズ２１を通った照射光Ｌ１を第２偏向部材４２に向けて反射する。第１偏向板４１は、例えば平板の基材表面上に金属その他の反射膜が形成されたものである。第１偏向板４１は、平面ミラーに限らず、光路の折り曲げに際して集束作用や発散作用を伴うものであってもよい。

【0017】

第２偏向板４２は、可動部材６１の内面側内に固定されており、可動部材６１の操作に伴って姿勢が変化する。第２偏向板４２は、第１偏向部材ＤＦ１に相当するものである。第２偏向板４２は、開口５ｐを介してケース部材５の内部空間５ｉに臨むように配置されている。第２偏向板４２は、小サイズの平面ミラーであり、第１偏向板４１で反射された照射光Ｌ１２を受光部材５１に向けて反射する。第２偏向板４２は、軸方向すなわち第１方向Ａに関して第１偏向板４１と受光部材５１との略中間の高さ位置に配置される。第２偏向板４２は、平面ミラーに限らず、光路の折り曲げに際して集束作用や発散作用を伴うものであってもよい。

【0018】

以上において、第１偏向板４１のような１つ以上の偏向部材を光路上に設けることにより、第２偏向板４２に照射光Ｌ１に導くことが容易になり、第２偏向板４２や受光部材５１のような光学要素の配置の自由度を高めることができる。

【0019】

受光部材５１は、第２偏向板４２で反射された照射光Ｌ１を受光し、つまりレンズ２１等を介して回転体３０が反射された照射光Ｌ１を受光し、操作量及び操作方向に関する情報を取得する。受光部材５１は、例えば、１８×１８のマトリクス状に配置された光量センサーアレイ、具体的には、例えばフォトダイオードアレイを有し、光量センサーアレイによって回転体３０からのスペックルパターン等を所定の時間周期で検出し、経時的に変化する一連のパターンの相関性を取って回転体３０の移動量と移動方向との取得を可能にする。スペックルパターンは、細かな凹凸のある物体表面へ照射光を照射したとき、反射光が互いに干渉し合って生じるランダムな明暗模様である。光源１０としてレーザーを用いる場合、以上のようなスペックルを検知することにより、高解像になる。

【0020】

可動部材６１は、ペン軸本体５ａのうち下部側に支持されて、ペン軸本体５ａの内外に露出する。可動部材６１は、操作の切り替えを可能にするボタン・スイッチ状の機械機構である。電子ペン１００は、可動部材６１を設けることにより、クリック動作の機能を有するものとなる。可動部材６１は、ペン軸本体５ａの外側面５ｅの一か所に形成された凹部５ｆに設けられる。可動部材６１は、ボタン本体６２と、支持部６３と、バネ６４とを有する。ボタン本体６２は、ペン軸本体５ａが延びる軸に平行な第１方向Ａに細長く延びる。ボタン本体６２の上部は、軸受けの機能を有する支持部６３によって紙面に垂直な軸のまわりに回動可能に支持され、ボタン本体６２の下部にバネ６４の一端が保持されている。なお、バネ６４の他端は、ペン軸本体５ａの凹部５ｆの底部板５ｋに固定されている。可動部材６１のうちボタン本体６２は、ボタン本体６２の下部に外力を付加することにより、バネ６４の付勢力に抗してペン軸本体５ａの凹部５ｆに収納された状態となっている。凹部５ｆの底部板５ｋには、ペン軸本体５ａの側面を貫通する開口５ｐが形成されており、可動部材６１の内面６１ａに、第１偏向板４１からの照射光Ｌ１が入射可能になっている。可動部材６１の内面６１ａには、第２偏向板４２が固定されている。第２偏向板４２は、可動部材６１が後述する第１位置ＳＬ１にあるとき（図１参照）、照射光Ｌ１が入射するように配置される。第２偏向板４２は、可動部材６１が第１位置ＳＬ１にある場合に照射光Ｌ１を受光部材５１が受光するように偏向させるものであり、可動部材６１の一部とみることもできる。この場合、可動部材６１が第１偏向部材ＤＦ１を備えることになる。

【0021】

以下、図１及び図３を参照して、可動部材６１の動作について説明する。可動部材６１は、図１に示すように、外力が付加された場合にボタン本体６２において第２位置ＳＬ２から第１位置ＳＬ１に移動又は変位し、図３に示すように、外力が付加されない場合にボタン本体６２において第１位置ＳＬ１から第２位置ＳＬ２に移動又は変位する。図示の例では、第１位置ＳＬ１に移動した可動部材６１において、ボタン本体６２は、指によって押し込まれ外力が付与された状態となり、支持部６３を支点としてボタン本体６２の下部がペン軸本体５ａの凹部５ｆにはめ込まれるように第２方向Ｂに移動する（図１参照）。また、第２位置ＳＬ２に移動した可動部材６１において、ボタン本体６２は、指から解放され押し込まれない状態となり、支持部６３を支点としてボタン本体６２の下部がペン軸本体５ａの凹部５ｆから離れてペン軸本体５ａから突出するように移動する（図３参照）。第２偏向板４２は、可動部材６１が第１位置ＳＬ１の場合に、第１偏向板４１が反射した照射光Ｌ１を受光部材５１に入射させるように反射させる。また、第２偏向板４２は、可動部材６１が第２位置ＳＬ２の場合に、第１偏向板４１が反射した照射光Ｌ１の光路から外れて配置され、第１偏向板４１からの照射光Ｌ１は、バネ６４に入射する。バネ６４は、光透過性を有しない材料で形成され、その表面が吸光性の材料で被覆され、或いはバネ６４の周囲に遮光性のカバーが設けられている。つまり、バネ６４は、照射光Ｌ１の向きを変え、或いは照射光Ｌ１の向きを変えつつ減衰させるものであり、光源１０から受光部材５１までの光路に設けられる遮光部材ＳＴとして機能する。バネ６４は、これに入射する照射光Ｌ１が受光部材５１に導光されて迷光の原因となることを抑制している。

【0022】

なお、可動部材６１は、ボタン本体６２から指を離す動作に際して、或いはボタン本体６２を指で押す際に、クリック音やクリック感覚が発生するような付加的機械機構を備えるものであってもよい。

【0023】

可動部材６１との関係で操作方向取得部９１を動作させる光路について説明する。可動部材６１のボタン本体６２が押し込まれ図１に示す第１位置ＳＬ１に移動したとき、光源１０からの照射光Ｌ１は、回転体３０の表面３０ａで反射されてパターン情報を付与され、レンズ２１を経て第１偏向板４１と第２偏向板４２とで反射され、受光部材５１に入射する。つまり、可動部材６１は、第１位置ＳＬ１の場合に光源１０からの照射光Ｌ１を受光部材５１に入射させる。制御部２において受光部材５１の出力信号を処理することで、回転体３０の回転量及び回転方向を算出することができる。

【0024】

可動部材６１との関係で操作検出部９２を動作させる光路について説明する。上記のように、可動部材６１が図１に示す第１位置ＳＬ１にあるとき、光源１０から受光部材５１までの光路がつながる。この場合、受光部材５１は、照射光Ｌ１を所定の閾値を超える強度で受光し、クリックオフの操作情報に対応する光信号を検出する。一方、可動部材６１が図２に示す第２位置ＳＬ２に移動したとき、光源１０からの照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴへ入射させる。これにより、光源１０から受光部材５１までの光路が第２偏向板４２以後において遮断される。つまり、受光部材５１は、所定の閾値を超える強度を有する照射光Ｌ１を受光しなくなり、クリックオフの操作情報に対応する光信号の停止を検出する結果として、クリックオンの操作情報に対応する無信号を検出する。受光部材５１による照射光Ｌ１の検出から非検出への切り換わりは、クリック動作のトリガーとして用いられ、制御部２においてクリック信号を抽出することができる。このように、可動部材６１が第２位置ＳＬ２にある場合、すなわち可動部材６１に外力が付加されていない場合に、クリックオンの操作情報又は操作状態であると設定することにより、使用者ＵＳの手ＨＤ等に起因する振動の発生及び動作への影響、つまりペン軸本体５ａを介して回転体３０に使用者ＵＳの意図しない力が伝達され操作方向取得部９１の動作に影響することを抑えることができ、クリック操作の判断を正確に行うことができる。

【0025】

制御部２は、光源１０及び受光部材５１の動作を制御し、操作方向取得部９１が電子ペン１００の操作量及び操作方向に関する情報を取得することを可能にし、操作検出部９２が特定の操作つまりクリック操作されたことを検出することを可能にする。制御部２は、制御部材ＣＭである。

【0026】

電源３は、光源１０、受光部材５１、及び制御部２に電力を供給する。

【0027】

以下、図４を参照しつつ、制御部２の詳細な構成について説明する。制御部２は、操作検出回路２ａと、データ通信部２ｃと、制御回路２ｄとを有する。

【0028】

操作検出回路２ａは、制御回路２ｄの制御下で、光源１０、及び受光部材５１を動作させる。操作検出回路２ａは、光源１０から照射光Ｌ１を出射させる。また、操作検出回路２ａは、可動部材６１が第１位置ＳＬ１にあって受光部材５１で照射光Ｌ１を検出している場合、検出した照射光Ｌ１に対応する信号からスペックルの画像処理を行い、経時的に変化する一連のスペックルパターンの相関性を取って、回転体３０の移動量及び移動方向（操作量、及び操作方向）に関するデータを生成する。操作検出回路２ａは、回転体３０の移動量と移動方向とに関するデータを回転体３０の接する面に対する横又は縦の２次元的な変位データ又は変位情報として出力する。

【0029】

操作検出回路２ａは、可動部材６１が第１位置ＳＬ１から第２位置ＳＬ２に切り替わって、受光部材５１で照射光Ｌ１を検出しなくなった場合、使用者ＵＳの指が可動部材６１から離れたと判断し、クリック信号を出力する。なお、受光部材５１で照射光Ｌ１を検出しなくなったか否かの判定は、受光部材５１の検出信号が所定期間以上途絶えることや、検出信号に対して所定期間平均化を行うことを前提条件としてもよい。操作検出回路２ａは、受光部材５１が照射光Ｌ１を受光しているか否かを検出する検出部材ＳＥであり、回転体３０の移動量や移動方向だけでなく、クリック操作の検出を行う。

【0030】

データ通信部２ｃは、制御回路２ｄの制御下で、受光部材５１での検出結果を無線又は有線でパーソナルコンピューター等の外部にあって連携する電子機器に送信する。具体的には、データ通信部２ｃは、操作検出回路２ａで生成された回転体３０の移動量及び移動方向に関するデータやクリック信号を送信する。

【0031】

制御回路２ｄは、操作検出回路２ａ、及びデータ通信部２ｃの動作を制御する。

【0032】

図５は、図１等に示す電子ペン１００との間でデータ通信を行って信号出力を受け付ける電子機器８０を説明するブロック図である。電子機器８０は、主制御装置８１と、記憶装置８２と、データ通信インターフェース８３と、ユーザーインターフェース装置８４と、移動体用無線通信装置８５とを有する。記憶装置８２には、電子機器８０を動作させる基本的なプログラムが格納され、この基本的プログラム上で動作する様々なアプリケーションソフトが格納されている。データ通信インターフェース８３は、ブルートゥース（登録商標）又は規格ＩＥＥＥ ８０２．１５、Ｗｉ－Ｆｉといった近距離無線通信規格に対応しており、電子ペン１００の制御部２との間でデータ信号を送受信する。ユーザーインターフェース装置８４は、ユーザーに情報を提示するディスプレイ、ユーザーが操作するキーボード等を含む。主制御装置８１は、記憶装置８２、データ通信インターフェース８３、ユーザーインターフェース装置８４等の動作を統括的に制御する。特に、主制御装置８１は、データ通信インターフェース８３を介して、電子ペン１００から情報を受信することができ、電子ペン１００に対して制御信号を送信することができる。これにより、主制御装置８１は、電子ペン１００に設けられた回転体３０の移動量及び移動方向に関するデータや、クリック信号を受信することができる。なお、電子機器８０は、移動体用無線通信装置８５により、不図示の通信ネットワークを経由して外部のサーバー等の各種装置と通信することができる。

【0033】

図５に示す電子機器８０は、典型的にはパーソナルコンピューターを想定しているが、各種映像表示装置やゲーム装置であってもよい。かかる機器と電子ペン１００とを組み合わせて動作させることができる。

【0034】

図６を参照して、電子ペン１００に組み込まれる第１偏向板４１等の変形例について説明する。第１偏向板４１及び第２偏向板４２は、平面ミラーに限らず、反射型の回折素子とすることができる。反射型の回折素子１４８は、基部４８ａと、基部４８ａ上に形成された多層の体積ホログラム層４８ｂとを有する。体積ホログラム層４８ｂは、体積ホログラム縞を内蔵するものである。体積ホログラム縞は、干渉パターン、具体的には屈折率の回折パターンを立体的に記録したものである。第１偏向板４１又は第２偏向板４２として、反射型の回折素子１４８を用いることで、第１偏向板４１に入射した照射光Ｌ１を所望の方向に回折させて射出させることができる。反射型の回折素子１４８において、体積ホログラムの縞に適宜レンズ効果を持たせることもできる。

【0035】

第１偏向板４１は、例えばブレーズ型の回折素子に置き換えることができる。第１偏向板４１は、透過型の回折素子であってもよい。

【0036】

以上で説明した第１実施形態の電子ペン１００は、照射光Ｌ１を照射させる光源１０と、光源１０からの照射光Ｌ１を反射させる回転体３０と、回転体３０が反射した照射光Ｌ１を受光する受光部材５１と、光源１０から受光部材５１までの光路に設けられる遮光部材ＳＴと、第１位置ＳＬ１の場合に光源１０からの照射光Ｌ１を受光部材５１に入射させ、第２位置ＳＬ２の場合に光源１０からの照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴへ入射させるように移動される可動部材６１とを備える。

【0037】

上記電子ペンでは、可動部材６１を用い、可動部材６１が第１位置ＳＬ１にある場合に受光部材５１に照射光Ｌ１を入射させ、可動部材６１が第２位置ＳＬ２にある場合に照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴへ入射させるので、回転体３０を照明する光源１０を利用し、可動部材６１によって照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴへ入射させる遮光状態とし、状態変化の検出に用いるので、クリック操作の検出機構を小型化することができる。

【0038】

〔第２実施形態〕
以下、本発明に係る電子機器の第２実施形態である電子ペンについて説明する。なお、第２実施形態の電子ペンは、第１実施形態の電子ペンを部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。

【0039】

図７は、電子ペンの可動部材に外力が付加されている状態を説明する断面図であり、図８は、電子ペンの可動部材に外力が付加されない状態を説明する断面図である。

【0040】

図７等に示すように、第２実施形態の電子ペン１００は、操作方向取得部９１として、光源１０、第１偏向板２４１、第２偏向板２４２、絞り４４、ビームスプリッタ４３、レンズ２１、回転体３０、及び受光部材５１を有する。操作検出部９２は、操作方向取得部９１の構成要素に対して可動部材６１を追加したものとなっている。この場合、光源１０の方が受光部材５１よりも上側に配置されている。

【0041】

ここで、絞り４４は、ピンホール状の部材であり、レンズ２１の上方に配置されている。絞り４４は、開口４４ａを有し、開口４４ａが位置する予定された光路上の照射光Ｌ１のみを通過させ、その周辺に入射する照射光Ｌ１を遮光する遮光部材ＳＴである。

【0042】

ビームスプリッタ４３は、照射光Ｌ１を透過させつつ反射するハーフミラーであり、レンズ２１の上方であって受光部材５１に対向する位置に配置されている。ビームスプリッタ４３は、遮光部材ＳＴである絞り４４と回転体３０との間の光路に設けられ、光源１０から第１偏向板２４１、第２偏向板２４２等を経た照射光Ｌ１を下方に透過させ、レンズ２１を介して回転体３０から戻って来た照射光Ｌ１を横方向に配置された受光部材５１に入射させる。つまり、ビームスプリッタ４３は、遮光部材ＳＴの開口４４ａを通過した照射光Ｌ１の一部を回転体３０に向けて透過させ、回転体３０で反射された照射光Ｌ１の一部を受光部材５１に向けて偏向させる第３偏向部材ＤＦ３として機能する。

【0043】

第１偏向板２４１は、可動部材６１に固定された平面ミラー又は反射型の回折素子であり、第１偏向部材ＤＦ１として機能する。すなわち、第１偏向板２４１は、可動部材６１又はこれに固定された第１偏向板２４１が第１位置ＳＬ１の場合に、遮光部材ＳＴの開口４４ａを通過した照射光Ｌ１を受光部材５１が受光するように偏向させ、可動部材６１又はこれに固定された第１偏向板２４１が第２位置ＳＬ２の場合に、照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴが遮光するように照射光Ｌ１を偏向させる。

【0044】

第２偏向板２４２は、ケース部材５内に固定された平面ミラー又は反射型の回折素子であり、第２偏向部材ＤＦ２として機能する。すなわち、第２偏向板２４２は、可動部材６１が第１位置ＳＬ１の場合に、第１偏向部材ＤＦ１が偏向した照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴの開口４４ａを介して回転体３０に向けて偏向させ、可動部材６１が第２位置の場合に、第１偏向部材ＤＦ１が偏向した照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴの開口４４ａの周囲の遮光体４４ｐに向けて偏向させる。

【0045】

可動部材６１との関係で操作方向取得部９１を動作させる光路について説明する。可動部材６１のボタン本体６２が押し込まれ図７に示す第１位置ＳＬ１に移動したとき、光源１０からの照射光Ｌ１は、第１偏向板２４１と第２偏向板２４２とで反射され、絞り４４を通過し、ビームスプリッタ４３を経て回転体３０の表面３０ａに入射し、回転体３０の表面３０ａで反射されてパターン情報を付与され、レンズ２１及びビームスプリッタ４３を経て受光部材５１に入射する。つまり、可動部材６１は、第１位置ＳＬ１の場合に光源１０からの照射光Ｌ１を受光部材５１に入射させる。

【0046】

可動部材６１との関係で操作検出部９２を動作させる光路について説明する。上記のように、可動部材６１が図７に示す第１位置ＳＬ１にあるとき、光源１０から受光部材５１までの光路がつながる。この場合、受光部材５１は、照射光Ｌ１を所定の閾値を超える強度で受光し、クリックオフの操作情報に対応する光信号を検出する。一方、可動部材６１が図８に示す第２位置ＳＬ２に移動したとき、光源１０からの照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴへ入射させる。これにより、光源１０から受光部材５１までの光路がビームスプリッタ４３以後において遮断される。つまり、受光部材５１は、所定の閾値を超える強度を有する照射光Ｌ１を受光しなくなり、クリックオフの操作情報に対応する光信号の停止を検出する結果として、クリックオンの操作情報に対応する無信号を検出する。

【0047】

〔第３実施形態〕
以下、本発明に係る電子機器の第３実施形態である電子ペンについて説明する。なお、第３実施形態の電子ペンは、第１実施形態の電子ペンを部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。

【0048】

図９は、電子ペンの可動部材に外力が付加されていない状態を説明する断面図である。第３実施形態の電子ペン１００は、操作方向取得部９１として、光源１０、第１偏向板３４１、絞り４５、回転体３０、レンズ２１、第２偏向板３４２、及び受光部材５１を有する。操作検出部９２は、操作方向取得部９１の構成要素に対して可動部材３６１を追加したものとなっている。

【0049】

ケース部材５は、ペン軸本体５ａとペン先５ｂとを有し、ペン軸本体５ａとペン先５ｂとは、連結部材５ｊを介して連結されている。本実施形態では、連結部材５ｊとペン先５ｂとが可動部材３６１として機能する。連結部材５ｊは、弾性変形する部材や機械機構を有し、ペン先５ｂの軸ＫＬａをペン軸本体５ａの基準軸ＫＬに対して傾けることができる。使用者ＵＳの手ＨＤが電子ペン１００のペン軸本体５ａを鉛直に対して傾けて握り、ペン軸本体５ａの下端を手前側かつ斜め下方向に押し下げるように押すような外力を与えることで、ペン先５ｂの軸ＫＬａが基準軸ＫＬに対して数°から数十°傾き、ペン先５ｂが折れ曲がる。その後、手ＨＤが電子ペン１００のペン軸本体５ａを握る力を弱めることで外力が除かれると、ペン先５ｂの軸ＫＬａが基準軸ＫＬと一致し、ペン先５ｂがペン軸本体５ａに対して折れ曲がらない元の状態に復帰する。

【0050】

第１偏向板３４１は、反射型の回折素子であり、光源１０の上方に配置されている。第１偏向板３４１は、例えば平板の基材表面上に体積ホログラム層が形成されたものである。第１偏向板３４１は、光源１０と受光部材５１との間の光路上に設けられている。第１偏向板３４１は、可動部材３６１が第１位置ＳＬ１の場合に、回転体３０に向けて照射光Ｌ１を偏向させる第１偏向部材ＤＦ１として機能する。

【0051】

絞り４５は、第１偏向板３４１と回転体３０との間に配置されている。絞り４５は、２つの開口４５ａ，４５ｂを有し、遮光部材ＳＴとして機能する。

【0052】

図１０を参照して、可動部材６１との関係で操作方向取得部９１を動作させる光路について説明する。図１０中で、領域ＡＲ１は、可動部材３６１のペン先５ｂが折れ曲がらずペン軸本体５ａに対して傾いてない状態を示し、領域ＡＲ２は、可動部材３６１のペン先５ｂが少し折れ曲がった状態を示し、領域ＡＲ３は、可動部材３６１のペン先５ｂが最も折れ曲がった状態を示す。

【0053】

可動部材３６１のペン先５ｂが折れ曲がらず第１位置ＳＬ１にあるとき、光源１０からの照射光Ｌ１は、第１偏向板３４１で反射され、絞り４５の開口４５ａを通過し、回転体３０の表面３０ａに入射し、回転体３０の表面３０ａで反射されてパターン情報を付与され、レンズ２１及び第２偏向板３４２を経て受光部材５１に入射する。つまり、可動部材６１は、第１位置ＳＬ１の場合に光源１０からの照射光Ｌ１を受光部材５１に入射させる。一方、可動部材３６１のペン先５ｂが最も折れ曲がって第２位置ＳＬ２にあるとき、光源１０からの照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴである絞り４５つまり開口４５ａの周囲へ入射させる。これにより、光源１０から受光部材５１までの光路がビームスプリッタ４３以後において遮断される。つまり、受光部材５１は、所定の閾値を超える強度を有する照射光Ｌ１を受光しなくなり、クリックオフの操作情報に対応する光信号の停止を検出する結果として、クリックオンの操作情報に対応する無信号を検出する。

【0054】

以上のように、第１偏向板３４１すなわち第１偏向部材ＤＦ１は、可動部材３６１が第１位置ＳＬ１の場合に、遮光部材ＳＴである絞り４５の開口４５ａ，４５ｂを通過した照射光Ｌ１を受光部材５１が受光するように偏向させ、可動部材３６１が第２位置ＳＬ２の場合に、照射光Ｌ１を遮光部材ＳＴである絞り４５が遮光するように照射光Ｌ１を偏向させる。

【0055】

図１０の領域ＡＲ２に示すように、可動部材３６１のペン先５ｂが少し折れ曲がった状態であっても、第１偏向部材ＤＦ１で反射された照射光Ｌ１は、絞り４５の開口４５ａを通過し、回転体３０の表面３０ａで反射されてパターン情報を付与され、再度絞り４５を通過し第２偏向板３４２等を経て受光部材５１に入射する。つまり、可動部材６１は、第１位置ＳＬ１から第２位置ＳＬ２に遷移する過渡的な状態でも、光源１０からの照射光Ｌ１を受光部材５１に入射させる。しかしながら、照射光Ｌ１の回転体３０の表面３０ａ上での入射位置がシフトし周辺に移動するので、クリック信号の検出直前に、操作量つまり移動量の算出値が異常に増加する現象が生じる。このような移動量算出値の急増を抑制するため、電子ペン１００の出力信号にエラー抑制処理を施す。

【0056】

図１１は、電子ペン１００の出力信号に加工を施していない場合における移動速度の変化を示す。横軸は時間であり、縦軸はエラー抑制処理を施していない移動速度の元の検出値を示す。区間Ｄ１は、電子ペン１００のペン先５ｂを通常の状態で移動させている状態に対応し、区間Ｄ２は、電子ペン１００のペン先５ｂを目的位置の付近に移動させた状態に対応し、区間Ｄ３は、可動部材３６１のペン先５ｂを折れ曲げたクリック操作に対応し、区間Ｄ４は、電子ペン１００のペン先５ｂの通常移動を再開させた状態に対応する。区間Ｄ３の一方のピークＰ１は、クリックオンの操作状態に遷移する直前を示し移動速度が急増している。また、区間Ｄ３の他方のピークＰ２は、クリックオフの操作状態に遷移する直線を示し移動速度が急増している。一対のピークＰ１，Ｐ２の間では、照射光Ｌ１が遮断され、受光部材５１に入射しなくなっている。

【0057】

制御部２において、操作検出回路２ａは、２次元的な移動量に対応する変位データ又は変位情報を出力する際に、変位データの出力タイミングに関して遅延をかけることができる。この際、操作検出回路２ａは、クリック信号を出力する際に遅延が発生することを抑制する。つまり、操作検出回路２ａは、受光部材５１が照射光Ｌ１を受光しなくなったことに基づいてクリック信号を出力する際に、変位データ又は変位情報よりも遅延が少なくなるようにする。クリック信号の遅延を少なくし、変位データの出力タイミングの遅延を相対的に大きくすることで、図１１に示すピークＰ１，Ｐ２が検出され変位データとして扱われることを回避することができる。変位データの出力タイミングに関して遅延をかける際の遅延時間は、可動部材６１の応答速度等を考慮し、区間Ｄ３のピークＰ１等を除去することができる時間以上とするが、あまり長くすると操作に違和感が生じやすくなるので、最小限とすることが望ましい。変位データ又は変位情報の遅延は、図５に示す電子機器８０において行うこともできる。

【0058】

第３実施形態の電子ペン１００では、可動部材３６１のペン先５ｂが真っすぐな状態から折れ曲がって第２位置になるとき、クリックオンとしているが、可動部材３６１のペン先５ｂが折れ曲がった状態から真っすぐの第１位置になるとき、クリックオンとしてもよい。この場合、光学系は、可動部材３６１のペン先５ｂが折れ曲がった状態で、光源１０からの照射光Ｌ１を受光部材５１に入射させるものとする。

【0059】

〔その他の事項〕
以上で説明した構造は例示であり、同様の機能を達成できる範囲で、種々変更することができる。

【0060】

ケース部材５の外形は、円筒に限らず、用途や使用者ＵＳの嗜好を反映したものとすることができる。

【0061】

操作方向取得部９１や操作検出部９２を構成する光学素子の配置や数は、例示であり、用途に応じて様々な変更が可能である。

【0062】

以上では説明を省略したが、操作検出部９２は、左クリックや右クリックのいずれとして用いることができ、例示した電子ペン１００に２つの操作検出部９２を組み込むことで左クリック及び右クリックに対応する機能を組み込んだものとすることができる。この場合、例えば回転体３０で反射された照射光Ｌ１を２分割し、２つの可動部材にそれぞれ設けられた偏向板で反射させ、２つの受光部材に入射させる。各光路に設けられた受光部材、可動部材等は、各操作検出部の構成要素として機能する。

【0063】

第１実施形態において、可動部材６１は、軸受けを有する支持部６３やバネ６４を用いたものである必要はなく、外力に応じて弾性的に変位し外力がなくなると復帰する様々な機構とすることができる。

【0064】

具体的な態様における電子ペンは、照射光を照射させる光源と、光源からの照射光を反射させる回転体と、回転体が反射した照射光を受光する受光部材と、光源から受光部材までの光路に設けられる遮光部材と、第１位置の場合に光源からの照射光を受光部材に入射させ、第２位置の場合に光源からの照射光を遮光部材へ入射させるように移動される可動部材とを備える。

【0065】

上記電子ペンでは、可動部材を用い、可動部材が第１位置にある場合に受光部材に照射光を入射させ、可動部材が第２位置にある場合に照射光を遮光部材へ入射させるので、回転体を照明する光源を利用し、可動部材によって照射光を遮光部材へ入射させる遮光状態とし、状態変化の検出に用いるので、クリック操作の検出機構を小型化することができる。

【0066】

具体的な側面において、可動部材は、外力が付加された場合に第２位置から第１位置へ移動され、外力が付加されない場合に第１位置から第２位置へ移動される。この場合、例えば可動部材を押し込んだ状態から可動部材を浮き上がらせた状態とすることによって、可動部材が第１位置から第２位置に移動し、クリック操作を検出することができる。

【0067】

具体的な側面において、光源と受光部材とを設ける基板を備える。この場合、光源や受光部材の駆動回路を基板上に設けることができる。

【0068】

具体的な側面において、可動部材は、第１位置の場合に、照射光を受光部材が受光するように偏向させる第１偏向部材を有する。この場合、第１偏向部材によって光路を所望の方向に折り曲げることができる。

【0069】

具体的な側面において、遮光部材は、開口を有し、第１偏向部材は、可動部材が第１位置の場合に、遮光部材の開口を通過した照射光を受光部材が受光するように偏向させ、可動部材が第２位置の場合に、照射光を遮光部材が遮光するように照射光を偏向させる。

【0070】

具体的な側面において、可動部材が第１位置の場合に、第１偏向部材が偏向した照射光を遮光部材の開口を介して回転体に向けて偏向させ、可動部材が第２位置の場合に、第１偏向部材が偏向した照射光を遮光部材に向けて偏向させる第２偏向部材を備える。この場合、第１偏向部材を経た照射光を第２偏向部材によって開口とその近傍の遮光体とに切り替えて入射させることになる。

【0071】

具体的な側面において、遮光部材と回転体との間の光路に設けられ、遮光部材の開口を通過した照射光の一部を回転体に向けて透過させ、回転体で反射された照射光の一部を受光部材に向けて偏向させる第３偏向部材を備える。この場合、第３偏向部材によって光源からの照射光を回転体に入射させつつ回転体で反射された照射光を受光部材に入射させることができる。

【0072】

具体的な側面において、光源と受光部材との間に設けられ、可動部材が第１位置の場合に、回転体に向けて照射光を偏向させる第１偏向部材を備える。この場合、第１偏向部材によって光路を所望の方向に折り曲げることができる。

【0073】

具体的な側面において、遮光部材は、開口を有し、第１偏向部材は、可動部材が第１位置の場合に、遮光部材の開口を通過した照射光を受光部材が受光するように偏向させ、可動部材が第２位置の場合に、照射光を遮光部材が遮光するように照射光を偏向させる。

【0074】

具体的な側面において、受光部材が照射光を受光しているか否かを検出する検出部材を備える。この場合、検出部材が回転体の移動方向やクリック操作の検出を行う。

【0075】

具体的な側面において、受光部材からの出力信号に基づいて変位情報を送信する際に遅延をかける制御部材を有する。

【0076】

具体的な側面において、制御部材は、受光部材が照射光を受光しなくなったことに基づいてクリック信号を出力する際に、変位情報の出力よりも遅延が少なくなるようにする。

【符号の説明】

【0077】

２…制御部、 ２ａ…操作検出回路、 ２ｃ…データ通信部、 ２ｄ…制御回路、 ３…電源、 ４…基板、 ４ａ…表面、４ｅ，４ｆ…端部、 ５…ケース部材、 ５ａ…ペン軸本体、 ５ｂ…ペン先、 ５ｄ…内側面、 ５ｅ…外側面、 ５ｆ…凹部、 ５ｉ…内部空間、 ５ｊ…連結部材、 ５ｋ…底部板、 ５ｐ…開口、５ｏ…孔、 ５ｓ…支持部材、 １０…光源、 ２１…レンズ、 ３０…回転体、 ３０ａ…表面、 ３５…軸受け部材、 ３５ｄ，３５ｅ…開口、 ４１,２４１,３４１…第１偏向板、 ４２,２４２,３４２…第２偏向板、 ４３…ビームスプリッタ、 ４４…絞り、 ４４ａ…開口、 ４４ｐ…遮光体、 ４５…絞り、 ４５ａ，４５ｂ…開口、 ４８ａ…基部４８ａ、 ４８ｂ…体積ホログラム層、 ５１…受光部材、 ６１，３６１…可動部材、 ６１ａ…内面、 ６２…ボタン本体、 ６３…支持部、 ６４…バネ、 ８０…電子機器、 ８１…主制御装置、 ８２…記憶装置、 ８３…データ通信インターフェース、 ８４…ユーザーインターフェース装置、８５…移動体用無線通信装置、 ９１…操作方向取得部、 ９２…操作検出部、 １００…電子ペン、 １４８…回折素子、 ＫＬａ…軸、 Ｌ１…照射光、 ＳＥ…検出部材、 ＳＴ…遮光部材、 ＵＳ…使用者、 ＨＤ…手、 ＳＬ１…第１位置、 ＳＬ２…第２位置、 ＤＦ１…第１偏向部材、 ＤＦ２…第２偏向部材、 ＤＦ３…第３偏向部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】