JP2024018183A - 電子ペン - Google Patents

Abstract

【課題】電子ペンを小型化すること。
【解決手段】電子ペン１００は、第１照射光Ｌ１を照射させる第１光源１０と、第１光源１０からの第１照射光Ｌ１を反射させる回転体３０と、回転体３０が反射した第１照射光Ｌ１を受光する第１検出部材５１と、第２照射光Ｌ２を偏向させる第１偏向部材ＤＦ１が設けられ、回転体３０を回転可能に支持する支持部材７１と、支持部材７１の位置を変更させる可動部材７２と、第１偏向部材ＤＦ１が偏向した第２照射光Ｌ２を受光する第２検出部材５２とを備え、支持部材７１が第１位置ＳＬ１の場合に第２検出部材５２が受光する第２照射光Ｌ２の強度は、支持部材７１が第１位置ＳＬ１とは異なる第２位置ＳＬ２の場合に第２検出部材５２が受光する第２照射光Ｌ２の強度とは異なる。
【選択図】図１

Description

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。

電子ペンに相当する入力装置として、発光手段と、発光手段が照射した光を反射する球体と、球体が反射した光を受光する光検知手段とを収容するペン先可動部が、ペンの長手方向に押し込まれた場合に球体が回転して移動する方向（長手方向に交差する方向）を検出するものが公知となっている（特許文献１）。

特開２０１６－８５６６２号公報

上記先行技術文献の装置では、ペン先にペン先可動部の押し込みを検出する検知スイッチを設けるためのスペースが必要になり、ペン先が大型化する。

本発明の一側面における電子ペンは、第１照射光を照射させる第１光源と、第１光源からの第１照射光を反射させる回転体と、回転体が反射した第１照射光を受光する第１検出部材と、第２照射光を偏向させる第１偏向部材が設けられ、回転体を回転可能に支持する支持部材と、支持部材の位置を変更させる可動部材と、第１偏向部材が偏向した第２照射光を受光する第２検出部材とを備え、支持部材が第１位置の場合に第２検出部材が受光する第２照射光の強度は、支持部材が第１位置とは異なる第２位置の場合に第２検出部材が受光する第２照射光の強度とは異なる。

第１実施形態の電子ペンを説明する縦断面図である。 電子ペンの先端部の拡大断面図である。 可動部材に対する外力を変化させた場合を説明する図である。 第２検出部材への第２照射光の入射状態を説明する図である。 電子ペンの制御部を説明するブロック図である。 クリック検出回路の具体的な動作を説明する図である。 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。 第１実施形態の変形例を説明する図である。 第１実施形態の別の変形例を説明する図である。 第２実施形態の電子ペンを説明する部分拡大縦断面図である。 第３実施形態の電子ペンを説明する横断面図である。 第４実施形態の電子ペンにおける第２検出部材等を説明する図である。 第２検出部材に付随する差動増幅回路の出力を説明する図である。 第５実施形態の電子ペンにおける筆圧の検出を説明する図である。 筆圧検出モードで動作させた場合における表示状態を説明する図である。

〔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。

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の先端部の拡大断面図である。図２中で、領域ＡＲ１は、先端部の拡大縦断面図であり、領域ＡＲ２は、領域ＡＲ１に示す先端部の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、電子機器の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。

電子ペン１００は、光源１０と、ビームスプリッター４１と、回転体３０と、第１検出部材５１と、保持部材６１と、第１偏向板４２と、第２検出部材５２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、ビームスプリッター４１、回転体３０、及び第１検出部材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、ビームスプリッター４１、第１偏向板４２、及び第２検出部材５２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。光源１０及びビームスプリッター４１は、操作方向取得部９１及び操作検出部９２で機能する共通の光学要素となっている。

以上において、光源１０及びビームスプリッター４１は、操作方向取得部９１における第１の投光系を構成し、ビームスプリッター４１及び第１検出部材５１は、第１の受光系を構成する。また、光源１０及びビームスプリッター４１は、操作検出部９２における第２の投光系を構成し、第２検出部材５２は、第２の受光系を構成する。

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形状を有する。ケース部材５の内部空間５ｉには、光源１０、ビームスプリッター４１、回転体３０の上部、第１検出部材５１、保持部材６１、第１偏向板４２、第２検出部材５２、制御部２、電源３、及び基板４が収納されている。光源１０、第２検出部材５２、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の表面４ａ上に固定されている。ビームスプリッター４１及び第１検出部材５１は、ケース部材５の内側面５ｄから延びる支持部材（不図示）を介してケース部材５に固定されている。保持部材６１は、ペン先５ｂに埋め込むように設けられている。保持部材６１によって転動が許容される回転体３０は、ペン先５ｂの孔５ｏにおいて部分的に露出している。

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、第２検出部材５２、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。基板４は、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）。

光源１０は、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を照射させる第１光源である。光源１０は、基板４上で第２検出部材５２よりも上側に配置され、第１照射光Ｌ１を側方つまり＋Ｘ方向に向けて出射する。光源１０からの第１照射光Ｌ１は、ビームスプリッター４１を介して回転体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。

ビームスプリッター４１は、第１照射光Ｌ１を透過させつつ反射するハーフミラーであり、第１検出部材５１の下方であって回転体３０に対向する位置に配置されている。ビームスプリッター４１は、光源１０から射出された照射光Ｌ１を下方に反射して回転体３０の表面３０ａの上部に入射させ、回転体３０から戻って来た照射光Ｌ１を透過させて第１検出部材５１に入射させる。ビームスプリッター４１は、第１検出部材５１と回転体３０との間に設けられる第２偏向部材ＤＦ２である。ビームスプリッター４１すなわち第２偏向部材ＤＦ２は、光源１０が照射した第１照射光Ｌ１を回転体３０に向けて偏向させ、回転体３０が反射した第１照射光Ｌ１を第１検出部材５１に向けて透過させる。ビームスプリッター４１は、例えば平板の基材表面上に金属その他の半透過膜が形成されたものである。ビームスプリッター４１は、平面の半透過ミラーに限らず、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。

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、保持部材６１によってケース部材５のペン先５ｂの先端部に自転可能かつ後退可能に支持されている。具体的には、回転体３０は、保持部材６１に設けられた支持部材７１によって回転可能に支持され、保持部材６１に設けられた可動部材７２によって支持部材７１とともに基準軸ＫＬの方向に移動可能に案内されている。

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。

保持部材６１において、支持部材７１は、フリーボールベアリングと同様の構造を有し、回転体３０の自在な回転を許容する。支持部材７１は、枠体７１ａと複数のボール７１ｂとを有する。枠体７１ａは、円筒容器状で底板７１ｋに開口７１ｏを有するボール受け又はボールハウスであり、複数のボール７１ｂを介して回転体３０を支持している。複数のボール７１ｂは、容器状の枠体７１ａの底に対応する上側の隅に回転可能に支持されている。

可動部材７２は、プランジャ－と同様の構造を有し、支持部材７１が内部で基準軸ＫＬの方向に摺動することを許容する。可動部材７２は、ペン先５ｂに設けられた円筒状の内壁部７２ａと、内壁部７２ａに囲まれて配置されたスプリング７２ｂと、スプリング７２ｂの上端を固定するストッパ７２ｃとを有する。内壁部７２ａは、支持部材７１の枠体７１ａを収納し、枠体７１ａを基準軸ＫＬに沿って滑らかに摺動させる。スプリング７２ｂは、支持部材７１の枠体７１ａを下方つまり－Ｙ側に付勢する。使用者ＵＳがペン軸本体５ａを介してペン先５ｂを下方の－Ｙ側に押すと、スプリング７２ｂに抗して支持部材７１が可動部材７２内で後退する。つまり、支持部材７１が内壁部７２ａに沿って上方の＋Ｙ側に移動し、回転体３０がペン先５ｂ内から突出する量が減少する。使用者ＵＳがペン軸本体５ａを押す力を弱めペン先５ｂが下方の－Ｙ側に押されなくなると、スプリング７２ｂに付勢されて支持部材７１が可動部材７２内で前進する。つまり、支持部材７１が内壁部７２ａに沿って下方の－Ｙ側に移動し、回転体３０がペン先５ｂから突出する量が増加する。ペン先５ｂには、内壁部７２ａの先端側に減径した細径部７２ｒが形成され、支持部材７１又は可動部材７２に支持された回転体３０が先端側に所定以上突出することを規制している。

保持部材６１の支持部材７１において、枠体７１ａの底板７１ｋに形成された開口７１ｏは、回転体３０の上部を内部空間５ｉ側に開放している。また、可動部材７２において、ストッパ７２ｃには、開口７２ｏが形成されている。ストッパ７２ｃの開口７２ｏは、開口７２ｏよりも大きな直径を有し、枠体７１ａの底板７１ｋを内部空間５ｉに露出させ、支持部材７１中の回転体３０の上部が内部空間５ｉに臨むことを許容している。結果的に、回転体３０は、上下に部分的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からの第１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。

以下、図３を参照して、支持部材７１の動作について説明する。図３中で、領域ＢＲ１は、外力が付加されない場合を示し、領域ＢＲ２は、強い外力が付加されている場合を示す。支持部材７１は、図３中の領域ＢＲ２に示すように、強い外力が付加された場合、押し込まれ、回転体３０とともに第１位置ＳＬ１から第２位置ＳＬ２に後退するように移動又は変位し、図３中の領域ＢＲ１に示すように、外力が付加されない場合、解放され、回転体３０とともに第２位置ＳＬ２から第１位置ＳＬ１に突出するように移動又は変位する。第１位置ＳＬ１と第２位置ＳＬ２とは、第１検出部材５１から回転体３０に向かう方向、つまり基準軸ＫＬの方向に関して異なるものとなっている。支持部材７１が第２位置ＳＬ２の場合の支持部材７１から第２偏向部材ＤＦ２すなわちビームスプリッター４１まで距離は、支持部材７１が第１位置ＳＬ１の場合の支持部材７１から第２偏向部材ＤＦ２すなわちビームスプリッター４１までの距離よりも短い。

なお、支持部材７１は、押し込まれる動作に際して、或いは解放される動作に際して、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。

第１検出部材５１は、回転体３０で反射されビームスプリッター４１を透過した第１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。第１検出部材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第１照射光Ｌ１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。

第１検出部材５１には、支持部材７１が基準軸ＫＬの方向に移動しても、回転体３０の表面３０ａで反射された第１照射光Ｌ１が略同様の状態で入射する。

第１偏向板４２は、支持部材７１に設けられて、支持部材７１とともに変位する。第１偏向板４２は、枠体７１ａの開口７１ｏが形成された第１領域Ａ１の外側に延びる環状の第２領域Ａ２において、第２検出部材５２の反対側の一部に取り付けられている。この場合、支持部材７１が第１偏向板４２すなわち第１偏向部材ＤＦ１を備えることになる。第１偏向板４２は、小サイズの平面ミラーであり、ビームスプリッター４１で反射された第１照射光Ｌ１の一部である第２照射光Ｌ２を第２検出部材５２に向けて反射する。具体的には、第２照射光Ｌ２は、第１照射光Ｌ１の発散によって形成された周辺光である。つまり、第１偏向板４２は、第１偏向部材ＤＦ１として、第２照射光Ｌ２を偏向させる。第１偏向板４２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を伴う凹面ミラー等であってもよい。

第２検出部材５２は、第１偏向板４２で反射された第２照射光Ｌ２（照射光Ｌ１の一部）を受光することができ、可動部材７２の変位状態（回転体３０の押し込み量に相当）によって、特定の操作つまりクリック操作がされたことを検出する。図示の例では、第２検出部材５２は、側断面視で基板４の表面４ａにおいて、光源１０よりも下側に配置される。

図２中の領域ＡＲ２において、照射光Ｌ１の照射領域ＩＲは、楕円又は長円となっている。これにより、照射光Ｌ１を、開口７１ｏを介して回転体３０に入射させつつ照射光Ｌ１の一部である第２照射光Ｌ２を、反射部４２に照射することができ、その反射光を第２検出部材５２に入射せることができる。照射光Ｌ１の照射領域ＩＲは、楕円又は長円に限らず、矩形とすることができる。

図４に示すように、第２検出部材５２は、第１状態Ｐ１にある場合、第２照射光Ｌ２を検出エリア５２ａの中央で受光するように配置される。第１状態Ｐ１は、支持部材７１が第１位置ＳＬ１にある場合に相当する。第２検出部材５２は、第２状態Ｐ２にある場合、第２照射光Ｌ２を検出エリア５２ａの外側の遮光領域５２ｂで受光するように配置される。第２状態Ｐ２は、支持部材７１が第２位置ＳＬ２にある場合に相当する。図４中でαは、ＸとＹとの中間方向に相当し、＋α方向は＋Ｙ方向に相当する。

支持部材７１が第１位置ＳＬ１にある場合に第２検出部材５２が検出する第２照射光Ｌ２の強度は、支持部材７１が第２位置ＳＬ２にある場合に第２検出部材５２が検出する第２照射光Ｌ２の強度より大きく、両者は異なる。第２検出部材５２は、支持部材７１が第１位置ＳＬ１にある場合において、第２照射光Ｌ２を所定の閾値を超える強度で受光した場合、後述する制御部２での処理により、例えば、クリックオフの操作情報を取得する。また、第２検出部材５２は、支持部材７１が第２位置ＳＬ２にある場合において、第２照射光Ｌ２を所定の閾値を超える強度で受光しなくなった場合、制御部２での処理により、例えば、クリックオンの操作情報を取得する。クリックオフからクリックオンへの切り換わりは、クリック信号のトリガーとして用いられる。なお、支持部材７１が第１位置ＳＬ１及び第２位置ＳＬ２があるかに依存するクリック操作の設定は、適宜変更することができ、例えば、第１位置ＳＬ１でクリックオンと設定し、第２位置でクリックオフと設定してもよい。

制御部２は、光源１０、第１検出部材５１、及び第２検出部材５２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。

電源３は、光源１０、第１検出部材５１、第２検出部材５２、及び制御部２に電力を供給する。

以下、図５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、操作方向検出回路２ａと、クリック検出回路２ｂと、データ通信部２ｃと、制御回路２ｄとを有する。

操作方向検出回路２ａは、制御回路２ｄの制御下で、光源１０、及び第１検出部材５１を動作させる。操作方向検出回路２ａは、光源１０から第１照射光Ｌ１を出射させる。また、操作方向検出回路２ａは、第１検出部材５１で取得した第１照射光Ｌ１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。操作方向検出回路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として出力する。

クリック検出回路２ｂは、制御回路２ｄの制御下で、第２検出部材５２を動作させる。クリック検出回路２ｂは、第２検出部材５２において、所定の閾値以上の光を受光した場合に、第２照射光Ｌ２を実施的に検出したと判断する。クリック検出回路２ｂは、支持部材７１が第２位置ＳＬ２にあって、第２検出部材５２で所定の閾値以上の第２照射光Ｌ２を検出なくなった場合、使用者ＵＳの手ＨＤが電子ペン１００を強く下に押し込んだことを感知して、クリック信号を出力する。クリック検出回路２ｂは、支持部材７１の第１位置ＳＬ１と第２位置ＳＬ２と間の切り替えに応じて、第２検出部材５２への第２照射光Ｌ２の実施的な入射の有無を検出でき、使用者ＵＳの動作又は操作に応じてクリック信号を出力することができる。

図６は、クリック検出回路２ｂの具体的な動作を説明する図である。横軸は、支持部材７１又は回転体３０の押し込み量又は沈み込み量であり、回転体３０の基準軸ＫＬに沿った上方向への移動量に相当する。縦軸は、第２検出部材５２の出力電圧であり、第２検出部材５２の検出エリア５２ａに入射する光量を反映している。第２検出部材５２が所定の閾値以上の光量の第２照射光Ｌ２を検出している場合、クリックオフと判定され、第２検出部材５２が所定の閾値を下回る光量の第２照射光Ｌ２を検出している場合、クリックオンと判定される。つまり、支持部材７１又は回転体３０が最も突出した第１位置ＳＬ１にあるとき、クリックオフと判定され、支持部材７１又は回転体３０が最も押し込まれた第２位置ＳＬ２にあるとき、クリックオンと判定される。クリックオフからクリックオンへの切換が行われる切換位置は、支持部材７１又は回転体３０が第１位置ＳＬ１と第２位置ＳＬ２との間にあるときとなる。クリック検出回路２ｂにおける閾値の調整により、切換位置を調整することができる。閾値の調整は、制御部２において予め設定できその後調整できるが、後述する電子機器８０から受信した制御信号に基づいて行うこともできる。この場合、使用者ＵＳの好みを反映したクリック感を実現することができる。

データ通信部２ｃは、制御回路２ｄの制御下で、第１検出部材５１及び第２検出部材５２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、操作方向検出回路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を送信する。また、データ通信部２ｃは、クリック検出回路２ｂで出力されたクリック信号を送信する。

制御回路２ｄは、操作方向検出回路２ａ、クリック検出回路２ｂ、及びデータ通信部２ｃの動作を制御する。

図７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。

図７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。

図８を参照して、図１等に示す第１偏向板４２の変形例について説明する。第１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２偏向板４２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。

図９は、ビームスプリッター４１の変形例を説明する図である。この場合、ビームスプリッター４１の反射面４１ｓにおいて、反射面４１ｓと基準軸ＫＬの交点及びその近傍の適所に回折素子４１ｄが形成されている。回折素子４１ｄは、ビームスプリッター４１に入射した第１照射光Ｌ１を分岐し、第２照射光Ｌ２として第１偏向板４２に向けて効率よく反射する役割を有する。

以上で説明した第１実施形態の電子ペン１００は、第１照射光Ｌ１を照射させる第１光源１０と、第１光源１０からの第１照射光Ｌ１を反射させる回転体３０と、回転体３０が反射した第１照射光Ｌ１を受光する第１検出部材５１と、第２照射光Ｌ２を偏向させる第１偏向部材ＤＦ１が設けられ、回転体３０を回転可能に支持する支持部材７１と、支持部材７１の位置を変更させる可動部材７２と、第１偏向部材ＤＦ１が偏向した第２照射光Ｌ２を受光する第２検出部材５２とを備え、支持部材７１が第１位置ＳＬ１の場合に第２検出部材５２が受光する第２照射光Ｌ２の強度は、支持部材７１が第１位置ＳＬ１とは異なる第２位置ＳＬ２の場合に第２検出部材５２が受光する第２照射光Ｌ２の強度とは異なる。

上記電子ペンでは、回転体３０を回転可能に支持する支持部材７１の位置を可動部材７２によって変更させるようにし、支持部材７１が第１位置ＳＬ１にある場合と第２位置ＳＬ２にある場合とで第２検出部材５２が受光する第２照射光Ｌ２の強度と異ならせているので、例えば回転体３０を支持部材７１とともに押し込む動作によって第１位置ＳＬ１から第２位置ＳＬ２に移動させた場合にクリック操作を検出するといった機構とすることができ、クリック操作の検出機構を小型化することができる。

〔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。

図１０に示すように、第２実施形態の電子ペン１００は、第１実施形態における光源１０（図１参照）に相当する第１光源１１とは別に、操作検出部９２における第２の投光系を構成する独立した第２光源１２を有する。第２光源１２は、第１偏向板４２に向けて第２照射光Ｌ２を照射する。第２光源１２は、ＬＥＤ光源で足るが、レーザー光源とすることもできる。第１偏向板４２は、第２光源１２からの第２照射光Ｌ２を反射して第２検出部材５２に入射させる。第２光源１２を独立させることで、第２照射光Ｌ２の強度を所望の程度に大きくすることが容易になる。

〔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る。

図１１に示すように、第３実施形態の電子ペン１００において、保持部材６１の支持部材７１は、楕円又は長円の開口７１ｏを有する。この場合、図示を省略するが、操作方向取得部９１を構成する光学系、つまり光源１０、ビームスプリッター４１、及び第１検出部材５１が軸外し系となっており、ＹＺ面に沿って光軸が傾いている。このため、第１照射光Ｌ１が支持部材７１の開口７１ｏによって遮られないようにＺ方向に長くなっている。開口７１ｏは、楕円又は長円に限らず、矩形とすることができる。なお、支持部材７１の開口７１ｏだけでなく、可動部材７２のストッパ７２ｃについても、開口７２ｏと同様に楕円等として光路を確保することができる。

〔第４実施形態〕
以下、本発明に係る電子機器の第４実施形態である電子ペンについて説明する。なお、第４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る。

図１２に示すように、第４実施形態の場合、第２検出部材５２は、分割された２つの検出エリア５２ａａ，５２ａｂを有する。２つの検出エリア５２ａａ，５２ａｂは、ＸとＹとの中間方向に相当するα方向に並ぶように配置されている。第１検出エリア５２ａａは、第１受光素子ＲＥ１であり、第２検出エリア５２ａｂは、第２受光素子ＲＥ２である。第１受光素子ＲＥ１と第２受光素子ＲＥ２とは、第１検出部材５１から回転体３０に向かう方向（基準軸ＫＬに沿った下向き）に対応するように上下に並んでいる。この場合、第１受光素子ＲＥ１が下側である。支持部材７１及び回転体３０が第１位置ＳＬ１にある場合、第２照射光Ｌ２は、第１検出エリア５２ａａに入射し、支持部材７１及び回転体３０が第２位置ＳＬ２にある場合、第２照射光Ｌ２は、第２検出エリア５２ａｂに入射する。第２検出部材５２に付随して差動増幅回路５５が設けられており、第１検出エリア５２ａａの検出電圧と第２検出エリア５２ａｂの検出電圧との差動出力が得られる。

図１３は、差動増幅回路５５の差動出力を説明する図である。横軸は、支持部材７１又は回転体３０の押し込み量又は沈み込み量であり、回転体３０の基準軸ＫＬに沿った上方向への移動量に相当する。縦軸は、差動増幅回路５５の差動出力電圧である。差動出力電圧は、支持部材７１又は回転体３０の沈み込み量に対して線形的に変化する。この場合、支持部材７１又は回転体３０の沈み込み量を、ノイズを低減させつつ高感度で検出することができる。

〔第５実施形態〕
以下、本発明に係る電子機器の第５実施形態である電子ペンについて説明する。なお、第５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る。

図１４に示すように、第４実施形態の場合、支持部材７１又は回転体３０の沈み込み量に基づいて筆圧信号を計算する。この場合、図５に示すクリック検出回路２ｂを筆圧信号検出回路として機能させる。使用者ＵＳが電子ペン１００を握る際の筆圧は、近似的には支持部材７１の沈み込み量に比例し、支持部材７１の沈み込み量と相関性を有する。よって、図６に示す第２検出部材５２の出力や、図１３に示す第２検出部材５２の差動出力をから筆圧信号を得ることができる。筆圧信号を計算する際には、電子機器８０から電子ペン１００に送信される制御信号によって、電子ペン１００の動作モードを筆圧検出モードに切り替える。

図１５は、本実施形態の電子ペン１００を筆圧検出モードで動作させた場合における電子機器８０のユーザーインターフェース装置８４よる表示状態を説明する図である。ユーザーインターフェース装置８４のディスプレイ８４ａには、電子ペン１００の操作方向取得部９１の検出信号を用いてペン先５ｂのトレース跡ＴＰが表示されている。トレース跡ＴＰは、操作検出部９２の検出信号を用いてペン先５ｂの筆圧を反映したものとなっている。つまり、トレース跡ＴＰにおいて、筆圧が低い領域Ｒ１では、線が細くなっており、筆圧が高い領域Ｒ２では、線が太くなっている。本実施形態の電子ペン１００によれば、電子ペン１００を押す力に連動する表示が可能になり、より自然な書き心地を得ることができる。

〔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。

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。

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。

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に図示の操作検出部９２とは別に追加の操作検出部（押しボタンスイッチ等であってもよい）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。

第１実施形態において、可動部材７２は、スプリング７２ｂを用いたものに限らず、スプリング７２ｂを各種弾性体に置き換えることができる。

図１において、光源１０及び第１検出部材５１の配置は入れ替えることができる。この場合、光源１０からの第１照射光Ｌ１はビームスプリッター４１を透過して回転体３０に入射する。

具体的な態様における電子ペンは、第１照射光を照射させる第１光源と、第１光源からの第１照射光を反射させる回転体と、回転体が反射した第１照射光を受光する第１検出部材と、第２照射光を偏向させる第１偏向部材が設けられ、回転体を回転可能に支持する支持部材と、支持部材の位置を変更させる可動部材と、第１偏向部材が偏向した第２照射光を受光する第２検出部材とを備え、支持部材が第１位置の場合に第２検出部材が受光する第２照射光の強度は、支持部材が第１位置とは異なる第２位置の場合に第２検出部材が受光する第２照射光の強度とは異なる。

上記電子ペンでは、回転体を回転可能に支持する支持部材の位置を可動部材によって変更させるようにし、支持部材が第１位置にある場合と第２位置にある場合とで第２検出部材が受光する第２照射光の強度と異ならせているので、例えば回転体を支持部材とともに押し込む動作によって第１位置から第２位置に移動させた場合にクリック操作を検出するといった機構とすることができ、クリック操作の検出機構を小型化することができる。

具体的な側面において、第１検出部材と回転体との間に設けられ、第１光源が照射した第１照射光を回転体に向けて偏向させ、回転体が反射した第１照射光を第１検出部材に向けて透過させる第２偏向部材を備え、支持部材は、第１検出部材から回転体に向かう方向において、第２偏向部材と回転体との間に開口が設けられる第１領域を有する。この場合、支持部材の開口によって、第１光源からの第１照射光を回転体に入射させつつ回転体で反射された第１照射光を第１検出部材に入射させることができる。

具体的な側面において、支持部材の第２位置は、第１検出部材から回転体に向かう方向において、第１位置と異なる。この場合、支持部材が第１位置と第２位置のいずれにあっても回転体で反射された第１照射光を第１検出部材に確実に入射させることができる。

具体的な側面において、支持部材は、第１領域と異なる第２領域を有し、第１偏向部材は、第２領域に設けられる。この場合、第１偏向部材の位置の変化を第２検出部材が受光する第２照射光の強度の変化として検出することができる。

具体的な側面において、第１偏向部材は、第２偏向部材が偏向した第１照射光の一部を第２照射光として第２検出部材に向けて偏向させる。この場合、第１光源からの照射光を第２検出部材によるクリック操作の検出に利用できる。

具体的な側面において、第２照射光を第１偏向部材に向けて照射する第２光源を備え、第１偏向部材は、第２照射光を第２検出部材に向けて偏向させる。この場合、回転体の移動方向を検出する光学系と、クリック操作を検出する光学系とを分離することができる。

具体的な側面において、支持部材が第２位置の場合の支持部材から第２偏向部材までの距離は、支持部材が第１位置の場合の支持部材から第２偏向部材までの距離よりも短い。回転体を支持部材とともに押し込む動作によって第１位置から第２位置に移動させクリック操作を検出する。

具体的な側面において、第２検出部材は、第１受光素子と、第２受光素子とを有し、第１受光素子と第２受光素子とは、第１検出部材から回転体に向かう方向に対応するように並ぶ。この場合、第１受光素子と第２受光素子とによる検出強度のバランスによって第１検出部材から回転体に向かう方向に関して支持部材の位置を判定することができる。

具体的な側面において、第１偏向部材は、回折素子である。この場合、第２検出部材等の配置の自由度を高めることができる。

２…制御部、３…電源、 ４…基板、４ａ…表面、 ５…ケース部材、 ５ａ…ペン軸本体、 ５ｂ…ペン先、 ５ｄ…内側面、 ５ｉ…内部空間、５ｏ…孔、 １０…光源、 １１…第１光源、 １２…第２光源、 ３０…回転体、 ３０ａ…表面 ４１…ビームスプリッター、 ４２…第１偏向板、 ５１…第１検出部材、 ５２…第２検出部材、 ５５…差動増幅回路、 ６１…保持部材、 ７１…支持部材、７１ａ…枠体、 ７１ｂ…ボール、 ７１ｋ…底板、 ７１ｏ…開口、 ７２…可動部材、７２ａ…内壁部、 ７２ｂ…スプリング、 ７２ｃ…ストッパ、 ７２ｏ…開口、 ７２ｒ…細径部、 ８０…電子機器、 ９１…操作方向取得部、 ９２…操作検出部、 １００…電子ペン、 Ａ１…第１領域、 Ａ２…第２領域、 ＤＦ１…第１偏向部材、 ＤＦ２…第２偏向部材、 ＫＬ…基準軸、 Ｌ１…第１照射光、 Ｌ２…第２照射光、 ＲＥ１…第１受光素子、 ＲＥ２…第２受光素子、 ＳＬ１…第１位置、 ＳＬ２…第２位置

Claims (9)

1. 第１照射光を照射させる第１光源と、
   前記第１光源からの第１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第１照射光を受光する第１検出部材と、
   第２照射光を偏向させる第１偏向部材が設けられ、前記回転体を回転可能に支持する支持部材と、
   前記支持部材の位置を変更させる可動部材と、
   前記第１偏向部材が偏向した前記第２照射を受光する第２検出部材と、を備え、
   前記支持部材が第１位置の場合に前記第２検出部材が受光する前記第２照射光の強度は、前記支持部材が前記第１位置とは異なる第２位置の場合に前記第２検出部材が受光する前記第２照射光の強度とは異なる、電子ペン。
2. 前記第１検出部材と前記回転体との間に設けられ、前記第１光源が照射した前記第１照射光を前記回転体に向けて偏向させ、前記回転体が反射した前記第１照射光を前記第１検出部材に向けて透過させる第２偏向部材を備え、
   前記支持部材は、前記第１検出部材から前記回転体に向かう方向において、前記第２偏向部材と前記回転体との間に開口が設けられる第１領域を有する、請求項１に記載の電子ペン。
3. 前記支持部材の前記第２位置は、前記第１検出部材から前記回転体に向かう方向において、前記第１位置と異なる、請求項２に記載の電子ペン。
4. 前記支持部材は、前記第１領域と異なる第２領域を有し、
   前記第１偏向部材は、前記第２領域に設けられる、請求項２に記載の電子ペン。
5. 前記第１偏向部材は、前記第２偏向部材が偏向した前記第１照射光の一部を前記第２照射光として前記第２検出部材に向けて偏向させる、請求項２に記載の電子ペン。
6. 前記第２照射光を前記第１偏向部材に向けて照射する第２光源を備え、
   前記第１偏向部材は、前記第２照射光を前記第２検出部材に向けて偏向させる、請求項２に記載の電子ペン。
7. 前記支持部材が前記第２位置の場合の前記支持部材から前記第２偏向部材までの距離は、前記支持部材が前記第１位置の場合の前記支持部材から前記第２偏向部材までの距離よりも短い、請求項２に記載の電子ペン。
8. 前記第２検出部材は、前記第１受光素子と、前記第２受光素子と、を有し、
   前記第１受光素子と前記第２受光素子とは、前記第１検出部材から前記回転体に向かう方向に対応するように並ぶ、請求項１～７に記載の電子ペン。
9. 前記第１偏向部材は、回折素子である、請求項１～７に記載の電子ペン。

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