JP2015088907A - 撮像装置およびデジタルペン - Google Patents

Abstract

【課題】焦点距離を高速で切替可能な撮像装置を簡単な構成で実現する。【解決手段】ペン先２ａが紙Ｐに接触している場合に結像レンズ系４１，４２の焦点距離を所定の第１焦点距離に切り替え、ペン先２ａが紙Ｐに接触していない場合に上記焦点距離を所定の第２焦点距離に切り替える焦点切替手段（２１，２２，３，３１，３２）を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、焦点距離を予め設定された２つの焦点距離に切替可能な撮像装置、およびそれを備えたデジタルペンに関するものである。

従来、オートフォーカス機能を備えた撮像装置が知られている。

例えば、特許文献１には、複数の撮像部と、撮像部が備えるフォーカスレンズの駆動範囲を撮像部の間で重複しないように設定する設定手段と、設定された駆動範囲内でフォーカスレンズの位置を変更しながら撮像部それぞれによって撮像された各画像についてフォーカスの程度を評価する評価手段と、各画像について得られるフォーカスの程度に基づいて最適なフォーカスレンズの位置を決定する決定手段とを備えた多眼式撮像装置が開示されている。

特開２０１３−３０９６２号公報（２０１３年２月７日公開）

しかしながら、上記特許文献１のようにオートフォーカス機能を用いる撮像装置には、被写体の移動が高速である場合にフォーカスレンズの位置制御を被写体の移動に追従させることができないという問題があった。

また、特許文献１の技術では、オートフォーカス機能を実現するための機構を追加する必要があること、および複数の撮像部を備える必要があることから、撮像装置のサイズが大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、焦点距離を高速で切替可能な撮像装置を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様にかかる撮像装置は、撮像素子と、被写体の像を上記撮像素子に結像させる結像レンズ系と、上記結像レンズ系の焦点距離を切り替える焦点切替手段とを備えた撮像装置であって、上記焦点切替手段は、当該撮像装置の所定部分が上記被写体に接触している場合に上記焦点距離を所定の第１焦点距離に切り替え、上記所定部分が上記被写体に接触していない場合に上記焦点距離を所定の第２焦点距離に切り替えることを特徴としている。

本発明の一態様にかかる撮像装置によれば、焦点切替手段が、当該撮像装置の所定部分が被写体に接触しているか否かに応じて結像レンズの焦点距離を所定の第１焦点距離と所定の第２焦点距離とに切り替える。これにより、従来のオートフォーカス機能を備えた撮像装置のように被写体の位置に応じて焦点距離を連続的に切り替える構成よりも、焦点距離を簡単な構成で迅速に切り替えることができる。

本発明の実施形態１に係るデジタルペンの外観図である。 図１に示したデジタルペンに備えられる撮像装置の概略構成を示す説明図である。 図１に示したデジタルペンにおける筆跡データ生成処理の流れを示す説明図である。 （ａ）は紙繊維模様の一例を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示した紙繊維模様に基づいて抽出される特徴点の一例を示す説明図である。 図１に示したデジタルペンにおける連続する２フレームの撮像結果の関係を示す説明図である。 図１に示したデジタルペンを用いて文字を記入する際のペン先の軌跡の一例を示す説明図である。 図１に示したデジタルペンの撮像モジュールにおける焦点切替手段の構成を概略的に示した説明図である。 図１に示したデジタルペンに備えられる撮像モジュールにおける光学系の構成例を示す説明図であり、（ａ）は広角撮影時、（ｂ）は望遠撮影時の各部材の配置を示している。 図１に示したデジタルペンにおける広角撮影時および望遠撮影時の撮影範囲を示す説明図である。 本発明の実施形態２に係るデジタルペンの撮像モジュールにおける焦点切替手段距離の構成を概略的に示した説明図である。 本発明の実施形態３に係るデジタルペンの撮像モジュールにおける焦点切替手段距離の構成を概略的に示した説明図である。 本発明の実施形態４に係るデジタルペンの撮像モジュールにおける焦点切替手段距離の構成を概略的に示した説明図である。 本発明の実施形態５に係るデジタルペンの撮像モジュールにおける焦点切替手段距離およびピント切替手段の構成を概略的に示した説明図である。 本発明の実施形態６に係るデジタルペンにおける広角撮影時および望遠撮影時の撮影範囲を示す説明図である。 本発明の実施形態６に係るデジタルペンに備えられる撮像モジュールにおける光学系の構成例を示す説明図であり、（ａ）は広角撮影時、（ｂ）は望遠撮影時の各部材の配置を示している。

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、本発明の撮像装置をデジタルペンに搭載する場合の実施例について説明する。ただし、本発明の撮像装置の適用対象はこれに限るものではない。

（１−１．デジタルペン１の全体構成）
図１は、本実施形態にかかるデジタルペン（撮像装置）１の外観図である。このデジタルペン１は、従来の一般的なペンと同様に文字や絵などを紙に記入するペン機能と、記入対象の紙を所定周期毎に撮像し、その撮像結果に基づいてペン先の紙に対する軌跡を判定することで記入内容に対応する筆跡データを生成する機能とを有している。

図１に示すように、デジタルペン１は、先端部２、本体部３、クリップ部４、およびキャップ部５を備えており、外観は従来の一般的な筆記具と略同様である。

本体部３には、通常のボールペンと同様のインクカートリッジ（図示せず）と、デジタルペン１のペン機能によって紙に文字や絵等を記入する際にこの紙を撮像する撮像装置（後述する図２参照）とを備えている。

なお、インクカートリッジは交換可能に装着されるものであってもよい。また、デジタルペン１のペン機能は、ボールペンによって実現される構成に限るものではなく、例えば、ボールペンに代えて、あるいはボールペンに加えて、万年筆、メカニカルペンシルなどを備えていてもよい。

先端部２の先端には開口部が設けられており、クリップ部４またはキャップ部５に対するユーザのノック操作と連動してインクカートリッジに接続されたペン先２ａが上記開口部を介して進退するようになっている。なお、ペン先２ａを進退させるユーザのノック操作は、デジタルペン１の電源（撮像装置の電源）をオンオフさせるスイッチ操作にもなっている。

また、先端部２に設けられた開口部を介して被写体からの光Ｌが本体部３の内部に取り込まれ、それによって本体部３に備えられている撮像装置１０（後述する図２参照）により記入対象の紙（被写体）が撮像されるようになっている。

図２は、撮像装置１０の概略構成を示す説明図である。図２に示すように、撮像装置１０は、制御部１１、電源スイッチ１２、バッテリ１３、撮像モジュール１４、メモリ１５、接触検知センサ１６、および通信コネクタ１７を備えている。

制御部（焦点制御部、筆跡データ生成部）１１は、撮像装置１０の各部の動作制御、および撮像モジュール１４によって撮像されたデータのデータ処理（例えば筆跡データの生成処理、筆跡データに基づいて筆跡の画像データを生成する処理など）を行う。なお、制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現されるものであってもよく、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現されるものであってもよい。

電源スイッチ１２は、撮像装置１０の電源をオンオフするためのスイッチである。本実施形態では、電源スイッチ１２はクリップ部４またはキャップ部５に備えられており、クリップ部４またはキャップ部５に対するユーザのノック操作が、撮像装置１０の電源をオンオフさせるスイッチ操作にもなっている。

バッテリ１３は、撮像装置１０の各部を駆動するための電力供給源である。バッテリ１３の構成は特に限定されるものではなく、例えばリチウムイオン電池等の充電式電池などを用いることができる。

撮像モジュール１４は、複数の光学レンズからなる結像レンズ系（光学系）と撮像素子とを備えており、上述したデジタルペン１の先端部２に設けられた開口部を介して紙を撮像する。なお、紙からの光Ｌを撮像モジュール１４に導くための開口部あるいは窓部を、ペン先２ａが進退する開口部とは別に設けてもよい。撮像モジュール１４の詳細については後述する。

メモリ１５は、撮像モジュール１４によって撮像された撮像データ、および制御部１１によって生成あるいは処理されたデータを記憶する。メモリ１５の構成は特に限定されるものではなく、例えば、ＲＡＭやフラッシュメモリなどを用いることができる。なお、筆跡データの生成処理過程で用いられるデータを一時的に記憶するためのメモリと、生成された筆跡データや筆跡データに基づいて再現される筆跡の画像データ（例えばＪＰＥＧ方式の画像データ）などを記憶するメモリとを別々に備えていてもよい。

接触検知センサ（接触検知部）１６は、デジタルペン１のペン先２ａが紙に接触しているか否かを検知し、検知結果を制御部１１に伝達する。これにより、制御部１１は、撮像モジュール１４の撮像結果と接触検知センサ１６の検知結果とに基づいてユーザの筆跡データを生成する。なお、接触検知センサ１６の構成は、ペン先２ａの紙に対する接触の有無を検知できる構成であれば特に限定されるものではなく、従来から公知の各種センサを用いることができる。

通信コネクタ１７は、撮像装置１０を外部装置と通信可能に接続するためのコネクタである。本実施形態では、通信コネクタ１７として、デジタルペン１のキャップ部５に設けられたマイクロＵＳＢコネクタを備えている。ただし、通信コネクタ１７の構成はこれに限るものではなく、他の種類のコネクタを備えていてもよい。また、通信コネクタ１７に代えて、あるいは通信コネクタ１７に加えて、外部装置との間でデータの無線通信を行う通信部を備えていてもよい。

デジタルペン１は、上記構成により、以下の効果を実現できる。
（１）通常のペン等と同様、ペン先から出るインク等を用いて紙に書き込みを行えるので、デジタルペン１と紙さえあれば、いつでもどこでも文字などを書ける。
（２）文字などを書く対象とする紙の種類やサイズに制約がなく、デジタルペン専用紙などを必要としない。
（３）ユーザが紙に書いた文字や絵などの筆跡を、デジタイザを構成するタブレット等のセンシング機器を用いることなく、ユーザの癖も含めてそのままデジタルデータに変換し、デジタルペン１に記憶することができる。
（４）筆跡のデジタルデータに基づいて筆跡の画像データ（例えばＪＰＥＧ方式等の汎用されているデータ形式の画像データ）を生成してデジタルペン１に記憶させておくことにより、専用のソフトウェアを備えないパーソナルコンピュータやスマートフォンなどの汎用の表示機器を用いてユーザが書いた文字または絵などの筆跡をディスプレイに表示できる。例えば、ユーザが過去に書いた文字または絵などの画像データのうち、ユーザが確認したい画像データをデジタルペン１から任意の表示機器へ選択的に転送させ、上記表示機器の画面に表示させて確認することができる。なお、デジタルペン１が筆跡のデジタルデータ（筆跡データ）に基づいてテキストデータを生成し、生成したテキストデータを任意の表示機器に出力する機能を有していてもよい。この場合、上記表示機器を用いて、文字の確認のみならず、文字の編集を行うことができる。

（１−２．筆跡データの生成処理）
図３は、デジタルペン１における筆跡データの生成処理の流れを示すフローチャートである。

まず、制御部（筆跡データ生成部）１１は、電源スイッチ１２のオン操作が行われると、撮像モジュール１４に記入対象の紙の紙繊維模様を撮影させるとともに、接触検知センサ１６にペン先２ａが紙に接触しているか否かの検知を行わせる（Ｓ１）。なお、後述するＳ７に示すように、本実施形態では紙繊維模様の撮影およびペン先２ａの紙への接触有無の検知を所定周期（例えば３０フレーム／秒）毎に繰り返し行うようになっている。

次に、制御部１１は、撮像モジュール１４によって撮影された紙繊維模様の画像に基づいて紙の特徴点を抽出する（Ｓ２）。

なお、本実施形態において、紙繊維模様とは、文字または絵などが書かれる紙の繊維が織りなす模様を意味する。図４の（ａ）は紙繊維模様の撮影結果の一例を示す説明図である。紙は、木材パルプを原料とした細かい繊維（一般に、太さ４μｍ〜７０μｍ、長さ０．２５ｍｍ〜５０ｍｍ程度の繊維）がランダムに絡み合って作られており、繊維が絡み合うパターンの数は無限に存在する。このため、紙繊維模様は、紙毎に異なることはもちろん、１枚の紙であっても紙面上の位置によって異なっている。したがって、同じ紙繊維模様が出現することは、異なる紙同士の場合はもちろん、１枚の紙内においても無きに等しい。

図４の（ｂ）は、図４の（ａ）の撮影結果に基づいて抽出される特徴点の一例を示す説明図であり、図中に示した各丸印がそれぞれ特徴点を示している。なお、特徴点の抽出方法は特に限定されるものではなく、例えば、ＳＩＦＴ（Scale-Invariant Feature Transform）、ＳＵＲＦ（Speed-Up Robust Features）、ＯＲＢ（Oriented-BRIEF）等を用いることができる。

次に、制御部１１は、連続するフレーム間で特徴点のマッチングを行う（Ｓ３）。すなわち、前フレームの撮像結果に基づいて抽出した各特徴点と、現フレームの撮像結果に基づいて抽出した各特徴点とのマッチングを行う。

次に、制御部１１は、Ｓ３のマッチング結果に基づいて、移動方向および移動距離を算出する（Ｓ４）。すなわち、ペン先２ａの紙に対する移動の軌跡を判定する。

具体的には、本実施形態では、撮像装置１０が、紙への記入が行われている期間中、所定分解能（例えば０．０５ｍｍ／画素）で紙におけるペン先２ａ近傍の所定範囲の領域（例えば１０００画素×１０００画素分）を撮像する。この際、撮像装置１０の撮像方向はペン先２ａの向きに対して略一定に固定されている。なお、上記の撮像は、ペン先２ａが紙に接触しているか否かにかかわらず、所定周期毎に行われる。

そして、図５に示すように、前フレームの撮像画像Ｆ１と現フレームの撮像画像Ｆ２とに重複して含まれる特徴点を抽出し、前フレームの撮像画像Ｆ１の基準位置（例えば撮像中心Ｃ１）に対するそれら各特徴点の相対位置と、現フレームの撮像画像Ｆ２の基準位置（例えば撮像中心Ｃ２）に対するそれら各特徴点の相対位置との比較結果に基づいて、ペン先２ａの紙に対する移動方向および移動距離を算出する。

なお、撮像装置１０の撮像範囲が狭すぎると、紙における前フレームの撮像画像と現フレームの撮像画像とに重複して含まれる領域（図５のハッチング部分参照）の面積が狭くなるため、特徴点のマッチングを精度よく行えなくなる。すなわち、連続する２つのフレーム間で撮像画像に重複して含まれる領域の面積が小さすぎると、それら両撮像画像に共通して含まれる特徴点が少なくなり、特徴点のマッチング精度が低下する。その結果、紙に対するペン先２ａの軌跡を連続的に追跡することができなくなり、連続した軌跡データを生成することが困難になる。

このため、撮像装置１０の撮像範囲は、ユーザが文字や絵を書く際のペン先２ａの移動速度や撮像装置１０の撮像周期（フレームレート）などを考慮し、連続するフレーム間で撮像範囲に重複して含まれる領域の面積の撮像範囲全体の面積に対する割合が所定値（例えば７５％）以上になるように設定すればよい。

次に、制御部１１は、Ｓ４で算出したペン先２ａの移動方向および移動距離、並びにＳ１で検知したペン先２ａの紙に対する接触の有無を示す情報を含む筆跡データをメモリ１５に記憶させる（Ｓ５）。

その後、制御部１１は、制御部１１は紙への書き込みが終了したか否かを判断する（Ｓ６）。そして、紙への書き込みが終了していないと判断した場合にはＳ７の処理に進み、終了したと判断した場合には軌跡データの生成処理を終了する。

なお、Ｓ６における紙への書き込みが終了したか否かの判断方法は特に限定されるものではなく、例えば、電源スイッチ１２がオフ操作された時に終了したと判断するようにしてもよく、撮像範囲に紙が含まれない状態が所定時間以上継続した時に終了したと判断するようにしてもよく、ペン先２ａが紙に接触していない状態が所定時間以上継続した時に終了したと判断するようにしてもよい。

Ｓ６において紙への書き込みが終了していないと判断した場合、制御部１１は、Ｓ１の処理を前回行った時から所定のフレーム周期が経過したか否を判断する（Ｓ７）。そして、フレーム周期が経過していないと判断した場合にはＳ６の処理に戻り、経過したと判断した場合にはＳ１の処理に戻る。

このように、本実施形態では、所定周期毎に撮像した紙繊維模様の画像に基づいてユーザが紙に記入する際のペン先２ａの移動の軌跡を判定し、その判定結果と、ペン先２ａの紙に対する接触の有無の検知結果とに基づいてユーザが紙に記入した内容に対応する筆跡データを生成する。

図６は、文字「あ」を書く時のデジタルペン１のペン先の軌跡を示す説明図である。

図６に破線で示したように、ユーザが１つの文字を紙に記入しようとする場合、ある画（ストローク）から次の画（ストローク）へデジタルペン１を移動させる時に、デジタルペン１のペン先２ａは紙から僅かに離間した状態で移動（ステップ）させられる。同様に、ある文字から当該文字に隣接する次の文字へ移動させる時にも、デジタルペン１のペン先２ａは紙から僅かに離間した状態で移動（ステップ）させられる。また、次の行への移動や次のページに移動する時にも、デジタルペン１のペン先２ａは紙から僅かに離間した状態で移動（ジャンプ）させられる。

このため、本実施形態では、上述したように、紙に対するペン先２ａの接触の有無をフレーム周期毎に検知するとともに、紙に対するペン先２ａの接触の有無にかかわらず所定周期毎に紙繊維模様の撮影を継続する。これにより、ペン先２ａが紙から僅かに離間した状態で移動する期間についても紙に対するペン先２ａの軌跡を検出することができる。その結果、例えば一筆書ではない文字（複数のストロークによって記入される文字）を書く場合であっても、紙に対するペン先２ａの軌跡と接触の有無とに基づいて文字全体の筆跡データを一まとまりの軌跡データとして生成することができる。

なお、制御部１１が、生成した筆跡データに基づいて再現される筆跡の画像データ（例えばＪＰＥＧ方式の画像データ）を生成するようにしてもよい。

（１−３．撮像モジュール１４の構成）
次に、撮像モジュール１４の構成について説明する。

上述したように、本実施形態では、撮像装置１０は、デジタルペン１のペン先（所定部分）２ａが紙（被写体）に接触している状態（ストローク時）およびペン先２ａを紙から僅かに離間させて次の書き込み位置へ移動させている状態（ステップ時およびジャンプ時）の両方において、紙におけるペン先２ａ近傍の所定範囲の領域の紙繊維模様を所定分解能（所定解像度）で撮像する。この際、撮像モジュール１４は、ペン先２ａが紙に接触しているか否かに応じて、結像レンズ系の焦点距離が、接触時に対応して予め設定された第１焦点距離と離間時（ペン先２ａが紙から離間しており、かつペン先２ａと紙との離間距離が所定範囲内である時）に対応して予め設定された第２焦点距離とに自動的に切り替ええられるようになっている。上記所定範囲は、ステップ時およびジャンプ時のペン先２ａと紙との離間距離として想定される範囲に設定すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、０より大きく、かつ２５ｍｍ〜１００ｍｍ程度の範囲内に設定される所定値以下の範囲に設定される。

図７は、上記の焦点距離の切り替えを行うための焦点切替手段の構成を概略的に示した説明図である。

図７に示したように、デジタルペン１の先端部２には本体部３の内径よりも僅かに小さい外径を有する筒体２１が固定されており、この筒体２１の一部は本体部３に収容され、バネ３２によって本体部３から紙Ｐ側に付勢されている。また、先端部２は、ペン先２ａと連動してデジタルペン１の延伸方向に移動するようになっている。これにより、筒体２１は、ペン先２ａが紙Ｐから離間している時にはバネ３２の付勢力によって本体部３から押し出される方向に移動する。また、ペン先２ａが紙Ｐに接触している時には紙Ｐに対するユーザの押し付け力がバネ３２の付勢力に打ち勝つことにより本体部３内に収容される方向に移動する。

また、本体部３の内面にはデジタルペン１の延伸方向に沿って延伸するように切り欠かれたスリット状の溝部３１が設けられており、筒体２１の外周面における溝部３１に対応する位置には本体部３側に突出する突出部２２が設けられている。また、突出部２２は溝部３１内に収容されており、ペン先２ａが紙Ｐに接触している時には突出部２２が溝部３１の一端部３１ａに当接し、ペン先２ａが紙Ｐから離間している時には突出部２２が溝部３１の他端部３１ｂに当接する。

なお、溝部３１は、本体部３の内面側から外面側に貫通していてもよく、内面側にのみ開口した形状であってもよい。また、溝部３１は、本体部３の周方向に沿って複数箇所に配置されていてもよく、１箇所のみに配置されていてもよい。また、本実施形態では、本体部３に溝部３１を設け、筒体２１に突出部２２を設けているが、これに限らず、筒体２１に溝部を設け、本体部３に上記溝部に対応する突出部を設けてもよい。また、溝部を用いる構成に限らず、本体部３および筒体２１の両方に突出部を設け、それら両突出部が当接することにより、筒体２１の本体部３に対する移動範囲、すなわち第１レンズ系４１の移動範囲を規定するようにしてもよい。

また、撮像モジュール１４は、図７に示すように、第１レンズ系４１および第２レンズ系４２からなる結像レンズ系と、撮像素子４３とを備えており、第１レンズ系４１は筒体２１に固定され、第２レンズ系４２および撮像素子４３は本体部３に固定されている。これにより、ペン先２ａが紙Ｐに接触している時には突出部２２が溝部３１の一端部３１ａに当接する位置に位置決めされ、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離がＬ１（結像レンズ系の焦点距離が接触時に対応する焦点距離として予め設定される第１焦点距離になる距離）に設定される。また、ペン先２ａが紙Ｐから離間している時には突出部２２が溝部３１の他端部３１ｂに当接する位置に位置決めされ、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離がＬ１よりも長いＬ２（結像レンズ系の焦点距離が離間時に対応する焦点距離として予め設定される第２焦点距離になる距離）に設定される。

図８の（ａ）および（ｂ）は、撮像モジュール１４の概略構成を示す説明図である。この図に示すように、本実施形態では、撮像モジュール１４は、第１レンズ系４１および第２レンズ系４２からなる結像レンズ系と、撮像素子４３とを備えている。

撮像素子４３は、第１レンズ系４１および第２レンズ系４２を介して入射する像を撮像するためのものである。撮像素子４３の構成は特に限定されるものではなく、例えばＣＭＯＳ（Complementary Mental-Oxide Semiconductor device）、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）等の従来から公知の撮像素子を用いることができる。

第１レンズ系４１は、結像レンズ系全体のピントを合わせるための焦点系レンズ群（フォーカシングレンズ系レンズ群）からなる。

第２レンズ系４２は、ズーム機能（変倍機能）を実現するための第１バリエータレンズ群（第１バリエータレンズ群）４２ａと第２バリエータレンズ群（第２バリエータレンズ群）４２ｂとを備えている。

このように、本実施形態では、撮像モジュール１４が、いわゆる３群ズームレンズ系を備えている。このため、図８の（ａ）に示すように第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離をＬ１に設定したときに広角撮影状態になり、図８の（ｂ）に示したように第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離をＬ２に設定したときに望遠撮影状態になる。

図９の（ａ）は、広角撮影時および望遠撮影時における撮像素子４３の撮影範囲を示す説明図である。また、図９の（ｂ）は、図９の（ａ）の構成をピンホールモデルに置き換えた構成を示す説明図である。これら各図に示すように、本実施形態では、広角撮影時（ペン先２ａが紙に接触している時）の紙面上の撮像範囲である第１撮像範囲の面積と、望遠撮影時（ペン先２ａと紙との離間距離が上述した所定範囲内である時）の紙面上の撮像範囲である第２撮像範囲の面積とが略同一になる。また、広角撮影時と望遠撮影時とで同一の撮像素子４３を使用するため、広角撮影時と望遠撮影時とで撮像素子の画素数および画素ピッチが同一である。さらに、撮像素子４３の全領域で被写体からの光を受信する。これにより、本実施形態では、ペン先２ａが紙Ｐに接触している時と離間している時とで、紙Ｐにおける略同じ面積の領域を略同じ分解能（略同じ解像度）で撮像できるようになっている。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１と同様の機能を有する部材については実施形態１と同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１０は、本実施形態にかかるデジタルペン１の撮像モジュール１４に備えられる焦点切替手段の構成を概略的に示した説明図である。図１に示したデジタルペン１と異なる点は、バネ３２が備えられていない点である。

本実施形態にかかるデジタルペン１は、ペン先２ａが紙Ｐから離間している時には先端部２および筒体２１が自重により本体部３に対して相対的に移動し、それによって第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離がＬ２になる。

また、ペン先２ａが紙Ｐに接触している時には、ペン先２ａが紙と当接することによって本体部３に収容される方向に移動し、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離がＬ２よりも短いＬ１になる。これにより、実施形態１と略同様の機能を実現できる。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同様の機能を有する部材については当該実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１１は、本実施形態にかかるデジタルペン１の撮像モジュール１４に備えられる焦点切替手段の構成を概略的に示した説明図である。図１１に示すように、本実施形態にかかるデジタルペン１は、先端部２が本体部３に対して固定されており、本体部３内に電磁石（駆動手段）５１、磁石ガイド５２、および磁石（駆動手段）５３が備えられている。

電磁石５１は、制御部１１の制御によりオン状態（磁化状態）とオフ状態（非磁化状態）とに切り替えられる。

磁石ガイド５２は、デジタルペン１の延伸方向に沿って溝状に設けられており、この磁石ガイド５２内を磁石５３がデジタルペン１の延伸方向に移動する。

磁石５３は、磁石ガイド５２内に、デジタルペン１の延伸方向に移動可能に収容されている。また、磁石５３には第１レンズ系４１が取り付けられており、第１レンズ系４１は磁石５３と共にデジタルペン１の延伸方向に移動するようになっている。なお、第２レンズ系４２および撮像素子４３は本体部３に固定されている。

制御部１１は、接触検知センサ１６によってペン先２ａが紙Ｐに接触したことが検知されると、電磁石５１をオフ状態からオン状態に切り替える。これにより、磁石５３が電磁石５１に引き付けられ、磁石ガイド５２に沿って磁石ガイド５２における電磁石５１側の端部５２ａまで移動する。その結果、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離がＬ１に変化する。

また、制御部１１は、接触検知センサ１６によってペン先２ａが紙Ｐから離間したことが検知されると、電磁石５１をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、磁石５３が自重により磁石ガイド５２に沿って磁石ガイド５２における先端部２側の端部５２ｂまで移動する。その結果、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離がＬ２に変化する。これにより、実施形態１と略同様の機能を実現できる。

なお、磁石５３をバネ等の弾性部材により先端部２側に付勢しておき、電磁石５１がオフ状態になったときに上記弾性部材の付勢力により磁石５３を先端部２側に移動させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、電磁石５１をオン状態にした時に磁石５３が先端部２から遠ざかる方向に移動し、オフ状態にしたときに先端部２側に移動する構成としたが、これに限るものではない。例えば、オン状態にした時に磁石５３が先端部２側に移動し、オフ状態にしたときに先端部２から遠ざかる方向に移動する構成にしてもよい。

また、本実施形態では、第１レンズ系４１を電磁石により移動させる構成について説明したが、これに限らず、例えば、モータやギア等からなる駆動手段により移動させてもよい。また、アクチュエータやエアなどからなる駆動手段を用いてもよい。

〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同様の機能を有する部材については当該実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１２は、本実施形態にかかるデジタルペン１の撮像モジュール１４に備えられる焦点切替手段の構成を概略的に示した説明図である。図１２に示すように、本実施形態にかかるデジタルペン１は、先端部２が本体部３に対して固定されており、本体部３内に電磁石（駆動手段）５４、磁石ガイド５５、および磁石（駆動手段）５６が備えられている。

電磁石５４は、制御部１１の制御によりオン状態とオフ状態とに切り替えられる。

磁石ガイド５５は、デジタルペン１の延伸方向に沿って溝状に設けられており、この磁石ガイド５５内を磁石５６がデジタルペン１の延伸方向に移動する。

磁石５６は、磁石ガイド５５内に、デジタルペン１の延伸方向に移動可能に収容されている。また、磁石５６には第２レンズ系４２および撮像素子４３が取り付けられており、第２レンズ系４２および撮像素子４３は磁石５６と共にデジタルペン１の延伸方向に移動するようになっている。なお、第１レンズ系４１は本体部３に固定されている。

制御部１１は、接触検知センサ１６によってペン先２ａが紙Ｐに接触したことが検知されると、電磁石５４をオフ状態に切り替える。これにより、磁石５６が自重により磁石ガイド５５に沿って磁石ガイド５５における先端部２側の端部５５ｂまで移動する。その結果、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離がＬ１に変化する。

また、制御部１１は、接触検知センサ１６によってペン先２ａが紙Ｐから離間したことが検知されると、電磁石５４をオン状態に切り替える。これにより、磁石５６が電磁石５４に引き付けられて磁石ガイド５５に沿って磁石ガイド５５における電磁石５４側の端部５５ａまで移動する。その結果、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離がＬ２に変化する。これにより、実施形態１と略同様の機能を実現できる。

なお、磁石５６をバネ等の弾性部材により先端部２側に付勢しておき、電磁石５１がオフ状態になったときに上記弾性部材の付勢力により磁石５６を先端部２側に移動させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、電磁石５４をオン状態にした時に磁石５６が先端部２から遠ざかる方向に移動し、オフ状態にしたときに先端部２側に移動する構成としたが、これに限るものではない。例えば、オン状態にした時に磁石５６が先端部２側に移動し、オフ状態にしたときに先端部２から遠ざかる方向に移動する構成にしてもよい。

また、本実施形態では、第２レンズ系４２および撮像素子４３を電磁石により移動させる構成について説明したが、これに限らず、例えば、モータやギア等からなる駆動手段により移動させてもよい。また、アクチュエータやエアなどからなる駆動手段を用いてもよい。

〔実施形態５〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同様の機能を有する部材については当該実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。

上述した各実施形態では、第２レンズ系４２と撮像素子４３との距離を一定にしていた。これに対して、本実施形態では、ペン先２ａが紙Ｐに接触している時と離間している時とで、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離を切り替えるとともに、第２レンズ系４２と撮像素子４３との距離についても切り替える。

すなわち、ペン先２ａが紙Ｐに接触している場合には、第２レンズ系４２と撮像素子４３との距離を、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との焦点距離が第１焦点距離である場合にピントが合うように予め設定される所定の第１距離に切り替える。

また、ペン先２ａが紙Ｐに接触していない場合には、第２レンズ系４２と撮像素子４３との距離を、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との焦点距離が第２焦点距離である場合にピントが合うように予め設定される所定の第２距離に切り替える。

これにより、第２レンズ系４２と撮像素子４３との距離を結像レンズ系の焦点距離に応じて適切に切り替えることができ、ピントをより適切に合わせることができる。

図１３は、結像レンズ系の焦点距離の切り替えを行う焦点切替手段、および結像レンズ系と撮像素子との距離の切り替えを行うピント切替手段の構成を概略的に示した説明図である。図１３に示したように、本実施形態にかかるデジタルペン１は、図７に示した構成に加えて、筒体２１の内径よりも僅かに小さい外径を有する第２筒体２４を備えており、この第２筒体２４の一部が筒体２１に内挿されている。

また、撮像素子４３は本体部３に固定され、第１レンズ系４１は筒体２１に固定され、第２レンズ系４２は第２筐体２４に固定されている。

また、第２筒体２４の外面にはデジタルペン１の延伸方向に沿って延伸するように切り欠かれた溝部２３が設けられており、筒体２１の内周面における溝部２３に対応する位置には第２筒体２４側に突出する突出部２５が設けられている。また、突出部２５は溝部２３内に収容されている。なお、溝部２３におけるデジタルペン１の延伸方向に平行な方向の長さＬ４は、溝部３１における同方向の長さＬ３よりも短く設定されている。

これにより、ペン先２ａが紙Ｐから離間している時には、筒体２１は突出部２２が溝部３１の他端部３１ｂに当接する位置に配置され、第２筒体２４は筒体２１の突出部２５が溝部２３の一端部２３ｂに当接する位置に配置される。その結果、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離はＬ２になり、第２レンズ系４２と撮像素子４３との距離はＬ６になる。

また、ペン先２ａが紙Ｐに接触している時には、筒体２１は突出部２２が溝部３１の一端部３１ａに当接する位置に配置され、第２筒体２４は筒体２１の突出部２５が溝部２３の他端部２３ａに当接する位置に配置される。その結果、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離はＬ２よりも短いＬ１になり、第２レンズ系４２と撮像素子４３との距離はＬ６よりも短いＬ５になる。

なお、溝部２３は、第２筒体２４の外面側から内面側に貫通していてもよく、外面側にのみ開口した形状であってもよい。また、溝部２３は、周方向に沿って複数箇所に配置されていてもよく、１箇所のみに配置されていてもよい。

また、本実施形態では、第２筒体２４に溝部２３を設け、筒体２１に突出部２５を設けているが、これに限らず、例えば、筒体２１に溝部を設け、第２筒体２４に上記溝部に対応する突出部を設けてもよい。あるいは、筒体２１および第２筒体２４の両方に突出部を設け、筒体２１に設けた突出部と第２筒体２４に設けた突出部とが当接することにより、第２筒体２４の筒体２１に対する移動範囲を規定するようにしてもよい。

また、図１３では、実施形態１の構成に第２レンズ系４２と撮像素子４３との距離を切り替えるためのピント切替手段を組み合わせた構成を示したが、これに限るものではない。例えば、実施形態２〜４のいずれかの構成に、第２レンズ系４２と撮像素子４３との距離を切り替えるためのピント切替手段を加えてもよい。

また、ピント切替手段の構成は、図１３に示した構成に限るものではなく、例えば、第２レンズ系４２と撮像素子４３との距離を、自重により切り替えるようにしてもよく、電磁石、モータ、あるいはアクチュエータ等により切り替えるようにしてもよい。

また、上述した図８に示したように、第２レンズ系４２は、第１バリエータレンズ群および第２バリエータレンズ群を備えているが、これら各レンズ群に備えられるレンズ間の距離（例えば第１バリエータレンズ群を構成するレンズ同士の距離、あるいは第１バリエータレンズ群を構成するレンズ同士の距離）をペン先２ａが紙に当接している時と離間している時とで切り替えるようにしてもよい。また、第１バリエータレンズ群４２ａと第２バリエータレンズ群４２ｂとの距離をペン先２ａが紙に当接している時と離間している時とで切り替えるようにしてもよい。これらの距離を切り替える方法は、特に限定されるものではなく、例えば図１３に示した方法と同様、溝部と突出部とによって移動範囲を規定する方法を用いてもよく、自重により移動させてもよく、電磁石、モータ、あるいはアクチュエータ等によって移動させてもよい。

〔実施形態６〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同様の機能を有する部材については当該実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。

上述した各実施形態では、図９の（ａ）および（ｂ）に示したように、ペン先２ａが紙Ｐに接触している時と離間している時とで、同じ撮像素子４３の全領域で紙Ｐ上における撮像領域の略同じ面積を撮像することにより、紙Ｐにおける略同じ面積の領域を略同じ分解能（略同じ解像度）で撮像していた。これに対して、本実施形態では、望遠撮影時（ペン先２ａが紙Ｐから離間している時）の撮影範囲（画角）の方が広角撮影時（ペン先２ａが紙Ｐに接触している時）の撮影範囲（画角）よりも広くなり、かつ撮像素子４３における被写体からの光が照射される領域を、望遠撮影時より広角撮影時の方が小さくなるように、ペン先２ａが紙に接触している時および離間している時の第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離、および撮像素子に対する被写体からの光が照射される領域を設定する。

図１４の（ａ）は、本実施形態における広角撮影時および望遠撮影時の撮像素子４３の撮影範囲を示す説明図である。また、図１４の（ｂ）は、図１４の（ａ）の構成をピンホールモデルに置き換えた構成を示す説明図である。

これら各図に示すように、本実施形態では、望遠撮影時（ペン先２ａと紙との離間距離が上述した所定範囲内である時）の紙面上の撮像範囲である第２撮像範囲の面積を、広角撮影時（ペン先２ａが紙に接触している時）の紙面上の撮像範囲である第１撮像範囲の面積よりも広く設定する。また、撮像素子における被写体からの光が照射される領域を、広角撮影時の方が望遠撮影時より小さくなるように設定する。ここで、第１撮像範囲の面積と第２撮像範囲の面積との関係に応じて、広角撮影時の撮像素子における被写体からの光が照射される領域を決定する。これにより、本実施形態では、望遠撮影時の紙面上の撮像範囲を広角撮影時の紙面上の撮像範囲よりも広くするとともに、撮像画像の分解能（解像度）を望遠撮影時と広角撮影時とで略同一にすることができる。

望遠撮影時、つまり、ステップ時あるいはジャンプ時では、デジタルペン１の移動速度は、通常、広角撮影時、つまり、ストローク時より速くなる。上述のように、本実施形態では、広角撮影時より望遠撮影時の撮影範囲を広くすることにより、連続するフレームに共通に含まれる範囲（図５のハッチング部分参照）を、望遠撮影時と広角撮影時とで撮影範囲を同一にする場合よりも広くすることができる。よって、ステップ時あるいはジャンブ時の移動速度がストローク時よりも速い場合であっても、紙に対するペン先２ａの軌跡をより確実に追跡することができる。

〔実施形態７〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同様の機能を有する部材については当該実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。

上述した各実施形態では、結像レンズ系に３群ズームレンズ系を採用した場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、２群ズームレンズ系を採用してもよく、４群ズームレンズ系、あるいは他のズームレンズ系を採用してもよい。

なお、広角撮影から望遠撮影に切り替えるときに、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離を長くするのか短くするのかは、結像レンズ系の構成によって異なる。例えば、２群ズームレンズ系の場合、図１５に示すように、３群ズームレンズ系の場合とは逆に、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離を長くすることにより望遠撮影から広角撮影に切り替わる。

このため、ペン先２ａが紙Ｐに接触している時とペン先２ａが紙Ｐから離間している時とで第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離をどのように切り替えるかは、撮像モジュール１４に採用する結像レンズ系の特性に応じて適宜設定すればよい。第１レンズ系４１と第２レンズ系４２との距離を切り替えるための焦点切替手段としては、上述した実施形態と略同様の構成を用いることができる。

また、上記各実施形態では、デジタルペン１によって紙（筆記面）に記入を行う場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、デジタルペン１は、タブレット端末、携帯端末、スマートフォン、電子メモ帳等の電子機器、あるいはホワイトボード、黒板等の筆記面に対して記入を行うものであってもよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
デジタルペン１の制御ブロック（特に制御部１１）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、デジタルペン１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１にかかる撮像装置（１，１０）は、撮像素子と、被写体の像を上記撮像素子に結像させる結像レンズ系（第１レンズ系４１，第２レンズ系４２）と、上記結像レンズ系の焦点距離を切り替える焦点切替手段（筒体２１，突出部２２，溝部３１，バネ３２，電磁石５１，磁石５３，電磁石５４，磁石５６）とを備えた撮像装置であって、上記焦点切替手段は、当該撮像装置の所定部分（ペン先２ａ）が上記被写体に接触している場合に上記焦点距離を所定の第１焦点距離に切り替え、上記所定部分が上記被写体に接触していない場合に上記焦点距離を所定の第２焦点距離に切り替えることを特徴としている。

上記の構成によれば、焦点切替手段が、当該撮像装置の所定部分が被写体に接触しているか否かに応じて結像レンズの焦点距離を所定の第１焦点距離と所定の第２焦点距離との間で切り替える。これにより、上記特許文献１の撮像装置よりも、撮像装置の所定部分が上記被写体に接触している状態および接触していない状態の２状態に応じた２種類の焦点距離の画像を高速に得ることができる。

すなわち、上記特許文献１の技術では、焦点距離を切り替える際、（ｉ）ピントが合った画像を探し、ピントが合った画像を取得できる最適な焦点距離を決める動作と、（ｉｉ）最適な焦点距離に対応するレンズ位置に合わせるようにフォーカスレンズを駆動する動作とを行う必要があった。これに対して、上記の構成によれば、撮像装置の所定部分が被写体に接触しているか否かに応じて、予め定めておいた焦点距離に対応して定まったレンズ位置に結像レンズ系を構成するレンズを移動させるだけでよいので、焦点距離を高速で切り替えることができる。

本発明の態様２にかかる撮像装置（１，１０）は、上記態様１において、上記結像レンズ系は、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２とを備え、上記焦点切替手段は、ユーザが上記所定部分を上記被写体に押し付ける力を用いて上記第１レンズ系および上記第２レンズ系の少なくとも一方を移動させることにより、上記焦点距離を切り替える構成である。

上記の構成によれば、撮像装置の所定部分をユーザが被写体に押し付ける力を用いて焦点距離を切り替えることができる。したがって、焦点距離を簡単な構成でより迅速に切り替えることができる。

本発明の態様３にかかる撮像装置（１，１０）は、上記態様１において、上記結像レンズ系は、第１レンズ系４１と第２レンズ系４２とを備え、上記焦点切替手段は、上記第１レンズ系および上記第２レンズ系の少なくとも一方を、電力を用いて移動させる駆動手段（電磁石５１，磁石５３，電磁石５４，磁石５６）を備えており、上記所定部分が上記被写体に接触しているか否かを検知する接触検知部（接触検知センサ１６）と、上記接触検知部の検知結果に応じて上記焦点切替手段の動作を制御する焦点制御部（制御部１１）とをさらに備えている構成である。

上記の構成によれば、接触検知部の検知結果に応じて焦点距離を迅速に切り替えることができる。

本発明の態様４にかかる撮像装置（１，１０）は、上記態様１から３のいずれかにおいて、上記所定部分が上記被写体に接触している場合に上記撮像素子と上記結像レンズ系との距離を所定の第１距離に切り替え、上記所定部分が上記被写体に接触していない場合に上記撮像素子と上記結像レンズ系との距離を所定の第２距離に切り替えるピント切替手段（筒体２１，溝部２３，第２筒体２４，突出部２５）を備えている構成である。

上記の構成によれば、上記所定部分が被写体に接触しているか否かに応じて結像レンズ系の焦点距離を切り替えるとともに、撮像素子と結像レンズ系との距離も切り替える。これにより、結像レンズ系の焦点距離に応じてピントをより適切に合わせることができる。

本発明の態様５にかかるデジタルペン１は、態様１から４のいずれかの撮像装置１０を備えたデジタルペンであって、筆記面に対する記入を行うペン機能を備え、上記被写体は上記筆記面であり、上記所定部分は上記筆記面に対する記入を行う際に上記筆記面に当接させる上記デジタルペンのペン先２ａであることを特徴としている。

一般的に、ユーザがペンなどの筆記具によって、例えば文字を筆記面に書く場合、文字の１画目を書いた後、２画目を書く前に、筆記具を一度筆記面から浮かせる。つまり、１つの文字は、筆記具が筆記面に接したり、離れたりを繰り返すことによって、筆記面面に書かれる。これに対して、上記の構成によれば、ペン機能により筆記面に対する記入を行う際、デジタルペンが被写体に接しているときの被写体面と、デジタルペンが被写体から浮いているときの被写体面との両方を上記撮像装置によって適切に撮像することができる。

本発明の態様６にかかるデジタルペン１は、上記態様５において、上記筆記面は紙であり、上記撮像装置により上記紙の紙繊維模様を所定周期毎に撮像した撮像結果に基づいて上記紙に対する上記ペン先の移動の軌跡を判定し、その判定結果に基づいてユーザが上記紙に記入した内容に対応する筆跡データを生成する筆跡データ生成部（制御部１１）を備えている構成である。

上記の構成によれば、ペン機能により紙に対する記入を行うとともに、記入時に撮像装置によって紙の紙繊維模様を周期的に撮像した結果に基づいて紙に対するペン先の移動の軌跡を判定し、ユーザが紙に記入した内容に対応する筆跡データを生成することができる。すなわち、紙繊維模様は、前述したように、紙が変われば変化し、同じ紙であっても紙面上の位置が変われば変化する。したがって、紙繊維模様を撮影して得た画像の変化を追跡することにより、筆跡を表すベクトルを検出することができる。

本発明の態様７にかかるデジタルペン１は、上記態様６において、上記第１焦点距離および上記第２焦点距離は、上記ペン先が上記紙に接触している時に上記第１焦点距離で上記紙を撮像した撮像画像の分解能と、上記ペン先と上記紙との離間距離が所定範囲内である時に上記第２焦点距離で上記紙を撮像した撮像画像の分解能とが略同一になるように設定されている構成である。

上記の構成によれば、ペン先が紙に接触している時の撮像画像の分解能と、ペン先と紙との離間距離が所定範囲内である時の撮像画像の分解能とを略同一にすることができる。これにより、ペン先が紙に接触している時と離間している時とで同じ分解能の画像を撮像し、それら各画像から抽出される特徴点を用いて紙に対するペン先の移動の軌跡を追跡することができる。このため、上記軌跡をより適切に判定することができ、精度の高い筆跡データを生成することができる。

本発明の態様８にかかるデジタルペン１は、上記態様７において、上記第１撮像画像における上記紙の撮像範囲である第１撮像範囲と、上記第２撮像画像における上記紙の撮像範囲である第２撮像範囲とが略同一であり、かつ、上記撮像素子における上記紙からの光が入射する領域の広さが上記第１撮像画像および上記第２撮像画像の撮像時で略同じである構成である。

上記の構成によれば、ペン先が紙に接触している時の撮像画像の分解能と、ペン先と紙との離間距離が所定範囲内である時の撮像画像の分解能とを略同一にすることができる。

本発明の態様９にかかるデジタルペン１は、上記態様７において、上記第２撮像画像における上記紙の撮像範囲である第２撮像範囲が上記第１撮像画像における上記紙の撮像範囲である第１撮像範囲よりも広く、かつ、上記第１撮像画像の撮影時よりも上記第２撮像画像の撮像時の方が上記撮像素子における上記紙からの光が入射する領域の面積が広い構成である。

一般に、紙に対する記入を行う時にはペン先を紙に接触させて移動させる時（ストローク時）の移動速度よりも、ペン先を紙から離間させて移動させる時（ジャンプ時あるいはステップ時）の移動速度の方が速い。このため、ペン先を紙から離間させて移動させる時に、ペン先の紙に対する相対位置を見失いやすい。これに対して、上記の構成によれば、第２撮像範囲が第１撮像範囲よりも広く設定されているので、ペン先を紙から離間させて移動させる時に、所定周期に基づいて連続して撮像された撮像画像に共通して含まれる紙の範囲を広くすることができる。また、ペン先が紙に接触している時の撮像画像の分解能と、ペン先と紙との離間距離が所定範囲内である時の撮像画像の分解能とを略同一にすることができる。これにより、ペン先を紙から離間させて移動させる場合であっても、ペン先の紙に対する移動の軌跡をより適切に判定することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、焦点距離を予め設定された２つの焦点距離に切替可能な撮像装置、およびそれを備えたデジタルペンに利用することができる。

１ デジタルペン（撮像装置）
２ 先端部（焦点切替手段）
２ａ ペン先（所定部分）
３ 本体部（焦点切替手段）
１０ 撮像装置
１１ 制御部（焦点制御部、筆跡データ生成部）
１４ 撮像モジュール
１５ メモリ
１６ 接触検知センサ（接触検知部）
２１ 筒体（焦点切替手段、ピント切替手段）
２２ 突出部（焦点切替手段）
２３ 溝部（ピント切替手段）
２４ 第２筒体（ピント切替手段）
２５ 突出部（ピント切替手段）
３１ 溝部（焦点切替手段）
３２ バネ（焦点切替手段）
４１ 第１レンズ系（結像レンズ系）
４２ 第２レンズ系（結像レンズ系）
４３ 撮像素子
５１ 電磁石（焦点切替手段、駆動手段）
５２ 磁石ガイド
５３ 磁石（焦点切替手段、駆動手段）
５４ 電磁石（焦点切替手段、駆動手段）
５５ 磁石ガイド
５６ 磁石（焦点切替手段、駆動手段）
Ｐ 紙（被写体）

Claims (6)

1. 撮像素子と、被写体の像を上記撮像素子に結像させる結像レンズ系と、上記結像レンズ系の焦点距離を切り替える焦点切替手段とを備えた撮像装置であって、
   上記焦点切替手段は、当該撮像装置の所定部分が上記被写体に接触している場合に上記焦点距離を所定の第１焦点距離に切り替え、上記所定部分が上記被写体に接触していない場合に上記焦点距離を所定の第２焦点距離に切り替えることを特徴とする撮像装置。
2. 上記結像レンズ系は、第１レンズ系と第２レンズ系とを備え、
   上記焦点切替手段は、ユーザが上記所定部分を上記被写体に押し付ける力を用いて上記第１レンズ系および上記第２レンズ系の少なくとも一方を移動させることにより、上記焦点距離を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記結像レンズ系は、第１レンズ系と第２レンズ系とを備え、
   上記焦点切替手段は、上記第１レンズ系および上記第２レンズ系の少なくとも一方を、電力を用いて移動させる駆動手段を備えており、
   上記所定部分が上記被写体に接触しているか否かを検知する接触検知部と、
   上記接触検知部の検知結果に応じて上記焦点切替手段の動作を制御する焦点制御部とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 上記所定部分が上記被写体に接触している場合に上記撮像素子と上記結像レンズ系との距離を所定の第１距離に切り替え、上記所定部分が上記被写体に接触していない場合に上記撮像素子と上記結像レンズ系との距離を所定の第２距離に切り替えるピント切替手段を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置を備えたデジタルペンであって、
   筆記面に対する記入を行うペン機能を備え、
   上記被写体は上記筆記面であり、上記所定部分は上記筆記面に対する記入を行う際に上記筆記面に当接させる上記デジタルペンのペン先であることを特徴とするデジタルペン。
6. 上記筆記面は紙であり、
   上記撮像装置により上記紙の紙繊維模様を所定周期毎に撮像した撮像結果に基づいて上記紙に対する上記ペン先の移動の軌跡を判定し、その判定結果に基づいてユーザが上記紙に記入した内容に対応する筆跡データを生成する筆跡データ生成部を備えていることを特徴とする請求項５に記載のデジタルペン。

Images