JP2023151396A - 電子ペン - Google Patents

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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、照射光Ｌ１を出射する光源１０と、光源１０が出射する照射光Ｌ２を反射させ、回転が可能な回転体３０と、回転体３０で反射された照射光Ｌ２を受光する第１検出部材５１と、光源１０から第１検出部材５１までの光路上に設けられ、照射光Ｌ１を回折させる第１回折素子２１と、を備える。【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。
ポインティング装置として、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、光源で照射光をボールに向けて照射し、光学イメージセンサーで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。
特開２００４－１３９５６２号公報
特許文献１の装置では、ボールから光学イメージセンサーまでの光路長を十分に確保できるようなスペースが装置内に必要になるため、ポインティング装置自体の大型化が懸念される。
本発明の一側面における電子ペンは、照射光を出射する光源と、光源が出射する照射光を反射させ、回転が可能な回転体と、回転体で反射された照射光を受光する第１検出部材と、光源から第１検出部材までの光路上に設けられ、照射光を回折させる第１回折素子と、を備える。
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Ｃ－Ｃ横断面図である。 電子ペンのうち第１回折素子を拡大して説明する図である。 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。 電子ペンの制御部を説明する図である。 第１実施形態の変形例の電子ペンを説明する縦断面図である。 第２実施形態の電子ペンを説明する縦断面図である。 第２実施形態の変形例の電子ペンを説明する縦断面図である。 第３実施形態の電子ペンを説明する縦断面図である。 第４実施形態の電子ペンの可動部材が第１位置の場合を説明する図である。 第４実施形態の電子ペンの可動部材が第２位置の場合を説明する図である。 第５実施形態の電子ペンの可動部材が第１位置の場合を説明する図である。 第５実施形態の電子ペンの可動部材が第２位置の場合を説明する図である。 第６実施形態の電子ペンを説明する縦断面図である。 第７実施形態の電子ペンを説明する側面図である。 第７実施形態の電子ペンを説明するＤ－Ｄ横断面図及び縦断面図である。 変形例の電子ペンを説明する縦断面図である。
〔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の側方断面図である。電子ペン１００は、コンピューター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。
電子ペン１００は、光源１０と、第１回折素子２１と、第１反射部材２５と、回転体３０と、第２反射部材４１と、第１検出部材５１と、可動部材６１と、第３反射部材７１と、第２検出部材８２と、制御部２と、電源３と、基板４と、筐体５とを備える。電子ペン１００において、光源１０、第１回折素子２１、第１反射部材２５、回転体３０、第２反射部材４１、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、第１回折素子２１、可動部材６１、第３反射部材７１、及び第２検出部材８２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、及び第１回折素子２１は、操作方向取得部９１と操作検出部９２と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、第１回折素子２１、及び第１反射部材２５は、操作方向取得部９１における第１の投光系を構成し、第２反射部材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及び第１回折素子２１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８２は、第２の受光系を構成する。
筐体５は、縦長の筒状部材であり、電子ペン筐体に対応する。筐体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、筐体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。筐体５の内部空間５ｉには、光源１０、第１回折素子２１、第１反射部材２５、回転体３０、第２反射部材４１、第１検出部材５１、可動部材６１の一部、第３反射部材７１、第２検出部材８２、制御部２、電源３、及び基板４が収納されている。光源１０、第１回折素子２１、及び第２検出部材８２は、基板４のうち可動部材６１に対面する第１平面４ａに固定され、第１検出部材５１、及び制御部２は、基板４のうち第１平面４ａの反対側の第２平面４ｂに固定されている。第１反射部材２５、及び第２反射部材４１は、筐体５の内側面５ｄに直接固定され、又は不図示の部材を介して固定されている。可動部材６１は、ペン軸本体５ａに支持されて内外に露出する。
基板４は、板状部材であり、筐体５の内部空間５ｉのうち、ペン軸本体５ａの下方に配置される。基板４上には、光源１０、第１検出部材５１、第２検出部材８２、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。
図２に示すように、基板４は、基板４の第１平面４ａを可動部材６１に対して略平行に対面するように、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の対向する２か所に挟まれるように固定される。基板４は、ペン先５ｂの中心に配置される回転体３０の中心を通るように配置される。図１及び図２の断面視において、基板４を通り、筐体５の延出する第１方向Ａ又はＹ方向に沿う仮想線ＫＬは、基板４における第１方向Ａとは交差する第２方向Ｂの一端４ｃに対応する第１平面４ａと他端４ｄに対応する第２平面４ｂとの間を通過する。仮想線ＫＬは、本実施形態において、ペン軸本体５ａの中心軸と一致させている。これにより、基板４の両面に光学要素を配置することができ、省スペース化することができる。また、基板４を筐体５の中央付近に配置することにより、基板４の面積を比較的大きく確保することができる。
図１を参照して、光源１０は、照射光Ｌ１を出射する。光源１０は、基板４の第１平面４ａの下方に配置される。また、光源１０は、側断面視又は縦断面視で回転体３０と第１回折素子２１との間に配置される。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、光源出口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。
第１回折素子２１は、光源１０から出射した照射光Ｌ１を回折させる。第１回折素子２１は、光源１０から第１検出部材５１までの光路上に配置される。図示の例では、第１回折素子２１は、光源１０から回転体３０までの光路上に配置される。また、第１回折素子２１は、側断面視で基板４の第１平面４ａ上において、第２検出部材８２と、光源１０との間に配置される。光源１０としてレーザーを用いる場合、放射角をＬＥＤよりも小さくできるため、照射光Ｌ１を分岐するための構成を第１回折素子２１のみとし、光ガイドやレンズ部品を省略することが容易になる。
第１回折素子２１は、反射型の回折素子、及び透過型の回折素子の少なくともいずれかを含むものである。図示の例では、第１回折素子２１は、反射型の回折素子で構成されている。図示の例では、第１回折素子２１は、体積ホログラムである。
図３に拡大して示すように、第１回折素子２１は、楔状の基部２１ａと、基部２１ａ上に形成された多層の体積ホログラム層２１ｂとを有する。体積ホログラム層２１ｂは、２分岐の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、例えば２種類の干渉パターンを立体的に記録したものであり、２種類の屈折率の回折パターン又は縞を複合したものとなっている。第１回折素子２１は、光源１０から出射される照射光Ｌ１のうち、一部の照射光Ｌ２を回転体３０に向けて回折させ、他の一部の照射光Ｌ３を第２検出部材８２に向けて回折させる。このように、光源１０を１つとし、光源１０からの照射光Ｌ１を第１回折素子２１によって２つに分岐させる構成とすることにより、電子ペン１００の消費電力を抑えることができる。第１回折素子２１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ができる。また、ＬＥＤやレーザーの放射角の広がりを、このレンズ効果により抑えることができる。なお、第１回折素子２１は、表面レリーフホログラムでもよい。表面レリーフホログラムは、基部の表面にレリーフ面として立体的なホログラムが形成された樹脂層を有するものである。
図１に戻って、第１反射部材２５は、小サイズの平面ミラーであり、第１回折素子２１が回折した照射光Ｌ２を回転体３０に向けて反射させる。第１反射部材２５は、第１回折素子２１から回転体３０までの光路上に配置される。また、第１反射部材２５は、側断面視でペン軸本体５ａの内側面５ｄにおいて、可動部材６１と、回転体３０との間の略中間の高さ位置に配置される。
回転体３０は、光源１０が出射する照射光Ｌ２（照射光Ｌ１の一部）を反射させ、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の開口部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Ｌ２（照射光Ｌ１の一部）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。
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。
第２反射部材４１は、小サイズの平面ミラーであり、回転体３０が反射した照射光Ｌ２を第１検出部材５１に向けて反射させる。第２反射部材４１は、回転体３０から第１検出部材５１までの光路上に配置される。また、第２反射部材４１は、側断面視でペン軸本体５ａの内側面５ｄにおいて、回転体３０と、第２検出部材８２との間の略中間の高さ位置に配置される。なお、図示を省略するが、光源１０がＬＥＤである場合、第２反射部材４１の前後の光路上に結像レンズを配置する。
以上において、第１及び第２反射部材２５，４１を光路上に設けることにより、任意の方向に光を反射させ、光学要素の配置の自由度を広げることができる。
第１検出部材５１は、回転体３０で反射された照射光Ｌ２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、側断面視で基板４の第２平面４ｂにおいて、第２反射部材４１よりも上側に配置される。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。
回転体３０の回転量、及び回転方向を検出する操作方向取得部９１の光路について説明する。光源１０から出射した照射光Ｌ１は、第１回折素子２１に入射する。第１回折素子２１に入射した照射光Ｌ１は、斜め下方に回折されて、第１反射部材２５に入射する。第１反射部材２５に入射した照射光Ｌ２は、第１反射部材２５で反射されて、回転体３０の表面３０ａに入射する。表面３０ａに入射した照射光Ｌ２は、表面３０ａで反射されて、第２反射部材４１に入射する。第２反射部材４１に入射した照射光Ｌ２は、第２反射部材４１で反射されて、第１検出部材５１に入射する。操作方向取得部９１において、光源１０、第１回折素子２１、及び第１反射部材２５は、第１の投光系を構成し、第２反射部材４１及び第１検出部材５１は、第１の受光系を構成する。
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。ペン軸本体５ａの凹部５ｆには、ペン軸本体５ａの側面を貫通する孔が形成されており、可動部材６１の内面６１ａに、第１回折素子２１からの照射光Ｌ３が入射可能になっている。可動部材６１の内面６１ａには、第３反射部材７１が固定されている。
第３反射部材７１は、小サイズの平面ミラーであり、第１回折素子２１が回折する照射光Ｌ１の他の一部、つまり照射光Ｌ３を第２検出部材８２に向けて反射させる。第３反射部材７１は、可動部材６１が後述する第１位置ＳＬ１にあるとき、照射光Ｌ３が入射し、第２検出部材８２に反射するように配置される。
以下、図１及び図４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１位置ＳＬ１に移動又は変位し、図４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４参照）。第３反射部材７１は、可動部材６１が第１位置ＳＬ１の場合に、第１回折素子２１が回折した照射光Ｌ３を第２検出部材８２に入射させるように反射させる。また、第３反射部材７１は、可動部材６１が第２位置ＳＬ２の場合に、第１回折素子２１が回折した照射光Ｌ３を第２検出部材８２の周辺に入射させるように反射させる。
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。
第２検出部材８２は、光源１０からの照射光Ｌ３（照射光Ｌ１の他の一部）を受光することができ、可動部材６１の変位状態によって、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。第２検出部材８２は、第１検出部材２０とは異なる位置に設けられ、可動部材６１が第１位置ＳＬ１にある場合に、光源１０からの照射光Ｌ１の他の一部、つまり照射光Ｌ３を受光するように配置される。図示の例では、第２検出部材８２は、側断面視で基板４の第１平面４ａにおいて、第１回折素子２１よりも上側に配置される。可動部材６１の第１位置ＳＬ１と第２位置ＳＬ２との切り替えに伴う照射光Ｌ３の入射変化により、特定の操作がされる際に、電子ペン１００の移動方向が使用者ＵＳの意図しない方向となることを抑制することができる。第２検出部材８２は、可動部材６１が第１位置ＳＬ１にある場合において、照射光Ｌ３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８２は、可動部材６１が第２位置ＳＬ２にある場合において、照射光Ｌ３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。制御部２において、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。なお、可動部材６１の第１位置ＳＬ１及び第２位置ＳＬ２におけ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。
第２検出部材８２のオン状態又はオフからオンへの切替動作を検出するとき（すなわち可動部材６１がオフの第１位置ＳＬ１にあるとき）の、操作検出部９２の光路について説明する。光源１０から出射した照射光Ｌ１は、第１回折素子２１に入射する。第１回折素子２１に入射した照射光Ｌ１は、斜め上方に回折されて、第３反射部材７１に入射する。第３反射部材７１に入射した照射光Ｌ３は、第３反射部材７１で反射されて、第２検出部材８２に入射する。この場合、第２検出部材８２は、光信号検出を出力する。操作検出部９２において、光源１０及び第１回折素子２１は、第２の投光系を構成し、第２検出部材８２は、第２の受光系を構成する。
第２検出部材８２のオフ状態又はオンからオフへの切替動作を検出するとき（すなわち可動部材６１がオンの第２位置ＳＬ２にあるとき）の、操作検出部９２の光路について説明する。光源１０から出射した照射光Ｌ１は、第１回折素子２１に入射する。第１回折素子２１に入射した照射光Ｌ１は、斜め上方に回折されて、第３反射部材７１に入射する。第３反射部材７１に入射した照射光Ｌ３は、第３反射部材７１で反射されるが、反射された照射光Ｌ３は、第１位置ＳＬ１での光路から外れるため、第２検出部材８２に入射しない。この場合、第２検出部材８２は、光信号検出を出力しない。
制御部２は、光源１０、第１検出部材５１、及び第２検出部材８２の動作を制御する。
電源３は、光源１０、第１検出部材５１、第２検出部材８２、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で取得した照射光Ｌ２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８２を動作させる。クリック検出回路２ｂは、第２検出部材８２において、所定の閾値以上の光を受光した場合に、照射光Ｌ３を検出したと判断する。クリック検出回路２ｂは、可動部材６１の第２位置ＳＬ２において、第２検出部材８２で照射光Ｌ３を検出しない場合、使用者ＵＳの指が可動部材６１から離れたことを感知して、クリック信号を出力する。クリック検出回路２ｂは、可動部材６１の第１位置ＳＬ１と第２位置ＳＬ２との切り替えにより、第２検出部材８２への照射光Ｌ３の入射の有無を検出できるため、使用者ＵＳの動作に応じてクリック信号を出力することができる。
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８２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他の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。
以上において、図示は省略するが、電子ペン１００において、回転体３０から第１検出部材５１までの光路上に、例えば、レンズ等の他の光学部材を設けてもよい。光学部材には、回転体３０が反射した照射光が入射され、入射された照射光を第１検出部材５１に向けて出射する。
なお、図６に示すように、電子ペン１００において、図１に示す第１反射部材２５及び第２反射部材４１の代わりに、第２回折素子２２及び第３回折素子２３を配置してもよい。具体的には、第２回折素子２２は、第１回折素子２１から回転体３０までの光路上に配置される。第２回折素子２２は、第１回折素子２１が回折した照射光Ｌ２を回転体３０に向けて回折させる。第３回折素子２３は、回転体３０から第１検出部材５１までの光路上に配置される。第３回折素子２３は、回転体３０が反射した照射光Ｌ２を第１検出部材５１に向けて回折させる。
以上において、第２及び第３回折素子２２，２３を光路上に設けることにより、任意の方向に光を回折させることができ、また、レンズ機能を付加することができ、光学要素の配置の自由度を広げることができる。
また、電子ペン１００において、可動部材６１に配置される第３反射部材７１の代わりに、第４回折素子２４を配置してもよい。具体的には、第４回折素子２４は、第１回折素子２１が回折する照射光Ｌ１の他の一部（照射光Ｌ３）を第２検出部材８２に向けて回折させる。第４回折素子２４は、可動部材６１が第１位置ＳＬ１の場合に、第１回折素子２１が回折した照射光Ｌ３を第２検出部材８２に入射させるように回折させる。
なお、第２、第３、第４回折素子２２，２３，２４は、第１回折素子２１と同様に、体積ホログラムや表面レリーフホログラムとすることができる。
以上で説明した第１実施形態の電子ペン１００では、照射光Ｌ１を出射する光源１０と、光源１０が出射する照射光Ｌ２を反射させ、回転が可能な回転体３０と、回転体３０で反射された照射光Ｌ２を受光する第１検出部材５１と、光源１０から第１検出部材５１までの光路上に配置され、照射光Ｌ１を回折させる第１回折素子２１と、を備える。
上記電子ペン１００では、光源１０から第１検出部材５１までの光路上に、光源１０からの照射光Ｌ１を回折させる第１回折素子２１を配置することにより、光源１０と第１回折素子２１との配置に係る制限が緩和されるため、電子ペン１００を小型化することができる。
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係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７に示すように、本実施形態の電子ペン１００において、第１回折素子２１は、透過型の回折素子である。本実施形態の電子ペン１００は、第２及び第３回折素子２２，２３によって、第１回折素子２１で回折された照射光Ｌ２を第１検出部材５１に導き、第４回折素子２４によって、第１回折素子２１で回折された照射光Ｌ３を第２検出部材８２に導く構成となっている。本実施形態においても、各回折素子２１，２２，２３，２４は、体積ホログラムや表面レリーフホログラムとすることができる。
なお、図８に示すように、第１回折素子２１は、反射型及び透過型の兼用の回折素子であってもよい。図８では、第１回折素子２１として、透明基板の両面に反射回折素子と透過回折素子とを配置しているが、片面に透過と反射の機能を有した縞を持った回折素子を配置してもよい。
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態に係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。
図９に示すように、本実施形態の電子ペン１００において、第１回折素子２１は、透過型の回折素子である。本実施形態では、第１回折素子２１は、光源１０から回転体３０までの間の光路上であって、第２回折素子２２の前段側に配置される。また、第１回折素子２１は、側断面視で回転体３０と光源１０との間に配置される。
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態に係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り、共通部分については説明を省略する。
図１０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１１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。
図１０等に示すように、本実施形態の電子ペン１００において、第２検出部材８２は、可動部材６１に固定される。第２検出部材８２は、具体的にはボタン本体６２の内面６１ａに接着によって固定されている。第２検出部材８２は、不図示のＦＰＣケーブル等を介して制御部２等と電気的に接続されている。また、可動部材６１において、具体的にはボタン本体６２の内面６１ａにおいて、第２検出部材８２に隣接してその上側に、第２検出部材８２と同程度のサイズを有し照射光Ｌ３を吸光する吸光部材７が接着によって固定されている。
第２検出部材８２は、光を受光する受光素子であり、可動部材６１が第１位置ＳＬ１にある場合に、第１回折素子２１が回折した照射光Ｌ３（照射光Ｌ１の他の一部）を受光するように配置される（図１０参照）。第２検出部材８２は、可動部材６１が第１位置ＳＬ１にある場合において、照射光Ｌ３を所定の閾値を超える強度で受光した場合、制御部２での処理により、クリックオフの操作情報を取得する（図１０参照）。第２検出部材８２は、可動部材６１が第２位置ＳＬ２にある場合において、照射光Ｌ３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、クリックオンの操作情報を取得する（図１１参照）。
吸光部材７は、照射光Ｌ３を吸光することができる。吸光部材７は、カーボン等の光吸収材料を混合した樹脂シート等で形成されるが、表面に微細な光トラップ構造を設けることもできる。
吸光部材７は、可動部材６１が第２位置ＳＬ２の場合に、第１回折素子２１が回折した照射光Ｌ３が入射されるものである。つまり、可動部材６１が第２位置ＳＬ２の場合、照射光Ｌ３は、吸光部材７に吸収され、第２検出部材８２には入射しない（図１１参照）。
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態に係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実施形態及び第４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１２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１３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。
図１２等に示すように、本実施形態の電子ペン１００において、吸光部材７は、第２検出部材８２及び光源１０等とともに、基板４上に設けられている。吸光部材７は、基板４の第１平面４ａ上において、第２検出部材８２及び光源１０に対して筐体５の延出する第１方向Ａの一方に配置され、図示の例では、吸光部材７は、光源１０の上側であって第２検出部材８２の上側に隣接して配置される。また、可動部材６１には、第３反射部材７１が配置されている。なお、第３反射部材７１の代わりに、第４回折素子２４を配置してもよい。
吸光部材７は、可動部材６１が第２位置ＳＬ２の場合に、第１回折素子２１が回折した照射光Ｌ３が入射されるものである。つまり、可動部材６１が第２位置ＳＬ２の場合、照射光Ｌ３は、吸光部材７に入射して吸光部材７に吸収され、第２検出部材８２には入射しない（図１３参照）。吸光部材７を設けることで、第２位置ＳＬ２に対応する第３反射部材７１で反射された照射光Ｌ３が意図しないタイミングで第２検出部材８２の周辺に入射して迷光の原因になることを防止することができる。
なお、図示は省略するが、吸光部材７は、可動部材６１が第２位置ＳＬ２にあるときに、照射光Ｌ３が第２検出部材８２の下側に入射する構成となる場合、基板４の第１平面４ａ上において、第２検出部材８２及び光源１０に対して筐体５の延出する第１方向Ａの他方に配置される。つまり、吸光部材７は、光源１０の上側であって第２検出部材８２の下側に隣接して配置される。
〔第６実施形態〕
以下、本発明の第６実施形態に係る電子ペンについて説明する。なお、第６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１４に示すように、本実施形態の電子ペン１００は、基板４を有していない構成である。本実施形態の電子ペン１００は、光源１０と、第１回折素子２１と、光学部材ＬＮと、第２反射部材４１と、第１検出部材５１と、可動部材６１と、第３反射部材７１と、第２検出部材８２と、制御部２と、電源３とで構成される。光源１０、第１回折素子２１、第１検出部材５１、第２検出部材８２、及び制御部２は、筐体５の内側面５ｄに直接又は補強部材６を介して固定されている。光学部材ＬＮ、及び第２反射部材４１は、筐体５に対して不図示の部材を介して固定されている。電子ペン１００において、光源１０、第１回折素子２１、回転体３０、第２反射部材４１、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。また、光源１０、第１回折素子２１、可動部材６１、第３反射部材７１、及び第２検出部材８２は、操作検出部９２として機能する。
光学部材ＬＮは、操作方向取得部９１の光路のうち、回転体３０から第１検出部材５１までの光路上に配置される。光学部材ＬＮは、回転体３０で反射された照射光Ｌ２が入射され、入射された照射光Ｌ２を第１検出部材５１に向けて出射する。光学部材ＬＮは、例えば、集光レンズであり、回転体３０の表面３０ａで拡散されつつ反射された照射光Ｌ２を収束させる。
〔第７実施形態〕
以下、本発明の第７実施形態に係る電子ペンについて説明する。なお、第７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１５に示すように、本実施形態の電子ペン１００は、複数の可動部材を有する。具体的には、電子ペン１００は、人差し指用の第１可動部材１６１と、親指用の第２可動部材２６１と、中指用の第３可動部材３６１とを有する。第１可動部材１６１、第２可動部材２６１、及び第３可動部材３６１は、異なるクリック機能又はボタン機能を設定することができる。
図１６の領域ＡＲ１，ＡＲ２に示すように、電子ペン１００において、人差し指用の操作検出部１９２の光路上には、光源１０、第１回折素子２１、人差し指用の可動部材１６１、人差し指用の第４回折素子１２４、及び人差し指用の第２検出部材１８２が配置される。また、親指用の操作検出部２９２の光路上には、光源１０、第１回折素子２１、親指用の第５回折素子２２７、親指用の可動部材２６１、親指用の第４回折素子２２４、親指用の第６回折素子２２８、及び親指用の第２検出部材２８２が配置される。また、中指用の操作検出部２９２の光路上には、光源１０、第１回折素子２１、中指用の第５回折素子３２７、中指用の可動部材３６１、中指用の第４回折素子３２４、中指用の第６回折素子３２８、及び中指用の第２検出部材３８２が配置される。本実施形態では、光源１０、第１回折素子２１、及び人差し指用の第２検出部材１８２は、基板４の第１平面４ａに配置される。第１検出部材５１、親指用の第２検出部材２８２、中指用の第２検出部材３８２、及び制御部２は、基板４の第２平面４ｂに配置される。第５回折素子２２７，３２７、第６回折素子２２８，３２８は、筐体５の内側面５ｄの適所に配置される。
光源１０から出射した照射光は、第１回折素子２１によって４方向に分岐される。分岐した第１照射光Ｌ２は、第１反射部材２５、回転体３０、及び第２反射部材４１で反射して第１検出部材５１に入射する。分岐した第２照射光Ｌ３ａは、人差し指用の第１可動部材１６１の第４回折素子１２４で回折して人差し指用の第２検出部材１８２に入射する。分岐した第３照射光Ｌ３ｂは、第５回折素子２２７で回折した後、親指用の第２可動部材２６１の第４回折素子２２４に入射する。その後、照射光Ｌ３ｂは、第４回折素子２２４で回折した後、第６回折素子２２８で回折して親指用の第２検出部材２８２に入射する。分岐した第４照射光Ｌ３ｃは、第５回折素子３２７で回折した後、中指用の第３可動部材３６１の第４回折素子３２４に入射する。その後、照射光Ｌ３ｃは、第４回折素子３２４で回折した後、第６回折素子３２８で回折して中指用の第２検出部材３８２に入射する。
なお、本実施形態において、光源１０を複数設けてもよく、光源１０からの照射光が入射する回折素子を適宜配置してもよい。
〔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。
以上において、第１回折素子２１で回折された照射光Ｌ２，Ｌ３を第１又は第２検出部材５１，８２に導く光学要素として、第１～第３反射部材２５，４１，７１、又は第２～第４回折素子２２，２３，２４を配置する例を挙げたが、反射部材や回折素子を設ける数、位置、組み合わせ等は適宜変更することができる。また、第１回折素子２１の配置も適宜変更することができる。例えば、図１７に示すように、第１回折素子２１を筐体５の内側面５ｄであって、可動部材６１の下側に配置してもよい。この場合、操作方向取得部９１は、光源１０、第１回折素子２１、回転体３０、第３回折素子２３、及び第１検出部材５１で構成される。また、操作検出部９２は、光源１０、第１回折素子２１、第５回折素子２７、可動部材６１、第４回折素子２４、及び第２検出部材８２で構成される。図１７の例では、光源１０、第５回折素子２７、及び第２検出部材８２は、基板４の第１平面４ａに配置される。第１検出部材５１、及び制御部２は、基板４の第２平面４ｂに配置される。
具体的な態様における電子ペンは、照射光を出射する光源と、光源が出射する照射光を反射させ、回転が可能な回転体と、回転体で反射された照射光を受光する第１検出部材と、光源から第１検出部材までの光路上に設けられ、照射光を回折させる第１回折素子と、を備える。
上記電子ペンでは、光源から第１検出部材までの光路上に、光源からの照射光を回折させる第１回折素子を配置することにより、光源と第１回折素子との配置に係る制限が緩和されるため、電子ペンを小型化することができる。
具体的な側面において、第１回折素子から回転体までの光路上に設けられ、第１回折素子が回折した照射光を回転体に向けて反射させる第１反射部材と、回転体から第１検出部材までの光路上に設けられ、回転体が反射した照射光を第１検出部材に向けて反射させる第２反射部材と、を備える。この場合、任意の方向に光を反射させ、光学要素の配置の自由度を広げることができる。
具体的な側面において、第１回折素子から回転体までの光路上に設けられ、第１回折素子が回折した照射光を回転体に向けて回折させる第２回折素子と、回転体から第１検出部材までの光路上に設けられ、回転体が反射した照射光を第１検出部材に向けて回折させる第３回折素子と、を備える。この場合、任意の方向に光を回折させることができ、また、レンズ機能を付加することができ、光学要素の配置の自由度を広げることができる。
具体的な側面において、第１回折素子は、光源から回転体までの光路上に設けられ、光源は、断面視で回転体と第１回折素子との間に設けられる。
具体的な側面において、回転体から第１検出部材までの光路上に設けられ、回転体が反射した照射光が入射され、入射された照射光を第１検出部材に向けて出射する光学部材を備える。
具体的な側面において、第１回折素子は、反射型の回折素子、及び透過型の回折素子の少なくともいずれかを含む。
具体的な側面において、第１回折素子は、透過型の回折素子であり、光源から回転体までの間の光路上に設けられ、第１回折素子は、断面視で回転体と光源との間に設けられる。
具体的な側面において、光源と第１検出部材とが設けられる基板を備え、回転体の中心を通り、電子ペン筐体の延出する第１方向に沿う仮想線は、基板における第１方向とは交差する第２方向の一端と他端との間を通過する。この場合、基板の両面に光学要素を配置することができ、省スペース化することができる。また、基板を電子ペン筐体の中央付近に配置することにより、基板の面積を比較的大きく確保することができる。
具体的な側面において、第１検出部材とは異なる位置に設けられ、照射光を受光する第２検出部材を備え、第１回折素子は、光源から出射される照射光のうち、一部を回転体に向けて回折させ、他の一部を第２検出部材に向けて回折させる。この場合、光源を１つとし、光源からの照射光を第１回折素子によって２つに分岐させる構成とすることにより、電子ペンの消費電力を抑えることができる。
具体的な側面において、外力が付加された場合に第１位置に移動し、外力が付加されない場合に第２位置に移動する可動部材を備え、第２検出部材は、可動部材が第１位置の場合に、照射光の他の一部を受光するように設けられる。この場合、電子ペンは、可動部材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。可動部材の第１位置と第２位置との切り替えに伴う照射光の入射変化により、特定の操作がされる際に、電子ペンの移動方向が使用者の意図しない方向となることを抑制することができる。
具体的な側面において、照射光を吸光する吸光部材を備え、第２検出部材と、吸光部材とは、可動部材に設けられ、吸光部材は、可動部材が第２位置の場合に、第１回折素子が回折した照射光が入射されるものである。可動部材が第２位置の場合に、吸収部材に照射光を入射させることにより、迷光が第２検出部材に入射することを防ぎ、第２検出部材の検出精度を向上させることができる。
具体的な側面において、可動部材に設けられ、第１回折素子が回折する照射光の他の一部を第２検出部材に向けて回折させる第４回折素子を備え、第４回折素子は、可動部材が第１位置の場合に、第１回折素子が回折した照射光を第２検出部材に入射させるように回折させる。
具体的な側面において、可動部材に設けられ、第１回折素子が回折する照射光の他の一部を第２検出部材に向けて反射させる第３反射部材を備え、第３反射部材は、可動部材が第１位置の場合に、第１回折素子が回折した照射光を第２検出部材に入射させるように反射させる。
具体的な側面において、光源に対して電子ペン筐体の延出する第１方向の一方に設けられ、照射光を吸光する吸光部材を備え、吸光部材は、可動部材が第２位置の場合に、第１回折素子が回折した照射光が入射されるものである。可動部材が第２位置の場合に、吸収部材に照射光を入射させることにより、迷光が第２検出部材に入射することを防ぎ、第２検出部材の検出精度を向上させることができる。
ＨＤ…手、ＫＬ…仮想線、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃ…照射光、ＬＮ…光学部材、ＳＬ１…第１位置、ＳＬ２…第２位置、ＵＳ…使用者、２…制御部、２ａ…操作方向検出回路、２ｂ…クリック検出回路、２ｃ…データ通信部、２ｄ…制御回路、３…電源、４…基板、４ａ…第１平面、４ｂ…第２平面、４ｃ…一端、４ｄ…他端、５…筐体、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、５ｏ…開口部、７…吸光部材、１０…光源、２０…検出部材、２１…第１回折素子、２１ａ…基部、２１ｂ…体積ホログラム層、２２…第２回折素子、２３…第３回折素子、２４，１２４，２２４，３２４…第４回折素子、２５…第１反射部材、２７，２２７，３２７…第５回折素子、２２８，３２８…第６回折素子、３０…回転体、３５…軸受け部材、４１…第２反射部材、５１…第１検出部材、６１，１６１，２６１，３６１…可動部材、６２…ボタン本体、６３…支持部、６４…バネ、７１…第３反射部材、８２，１８２，２８２，３８２…第２検出部材、９１…操作方向取得部、９２，１９２，２９２…操作検出部、１００…電子ペン

Claims (14)

  1. 照射光を出射する光源と、
    前記光源が出射する前記照射光を反射させ、回転が可能な回転体と、
    前記回転体で反射された前記照射光を受光する第１検出部材と、
    前記光源から前記第１検出部材までの光路上に設けられ、前記照射光を回折させる第１回折素子と、を備える電子ペン。
  2. 前記第１回折素子から前記回転体までの光路上に設けられ、前記第１回折素子が回折した前記照射光を前記回転体に向けて反射させる第１反射部材と、
    前記回転体から前記第１検出部材までの光路上に設けられ、前記回転体が反射した前記照射光を前記第１検出部材に向けて反射させる第２反射部材と、を備える、請求項１に記載の電子ペン。
  3. 前記第１回折素子から前記回転体までの光路上に設けられ、前記第１回折素子が回折した前記照射光を前記回転体に向けて回折させる第２回折素子と、
    前記回転体から前記第１検出部材までの光路上に設けられ、前記回転体が反射した前記照射光を前記第１検出部材に向けて回折させる第３回折素子と、を備える、請求項１に記載の電子ペン。
  4. 前記第１回折素子は、前記光源から前記回転体までの光路上に設けられ、
    前記光源は、断面視で前記回転体と前記第１回折素子との間に設けられる、請求項１～３に記載の電子ペン。
  5. 前記回転体から前記第１検出部材までの光路上に設けられ、前記回転体が反射した前記照射光が入射され、入射された前記照射光を前記第１検出部材に向けて出射する光学部材を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子ペン。
  6. 前記第１回折素子は、反射型の回折素子、及び透過型の回折素子の少なくともいずれかを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の電子ペン。
  7. 前記第１回折素子は、前記透過型の回折素子であり、前記光源から前記回転体までの間の光路上に設けられ、
    前記第１回折素子は、断面視で前記回転体と前記光源との間に設けられる、請求項６に記載の電子ペン。
  8. 前記光源と前記第１検出部材とが設けられる基板を備え、
    前記回転体の中心を通り、電子ペン筐体の延出する第１方向に沿う仮想線は、前記基板における前記第１方向とは交差する第２方向の一端と他端との間を通過する、請求項１～７のいずれか一項に記載の電子ペン。
  9. 前記第１検出部材とは異なる位置に設けられ、前記照射光を受光する第２検出部材を備え、
    前記第１回折素子は、前記光源から出射される前記照射光のうち、一部を前記回転体に向けて回折させ、他の一部を前記第２検出部材に向けて回折させる、請求項１～８のいずれか一項に記載の電子ペン。
  10. 外力が付加された場合に第１位置に移動し、外力が付加されない場合に第２位置に移動する可動部材を備え、
    前記第２検出部材は、前記可動部材が前記第１位置の場合に、前記照射光の他の一部を受光するように設けられる、請求項９に記載の電子ペン。
  11. 前記照射光を吸光する吸光部材を備え、
    前記第２検出部材と、前記吸光部材とは、前記可動部材に設けられ、
    前記吸光部材は、前記可動部材が前記第２位置の場合に、前記第１回折素子が回折した前記照射光が入射されるものである、請求項１０に記載の電子ペン。
  12. 前記可動部材に設けられ、前記第１回折素子が回折する前記照射光の他の一部を前記第２検出部材に向けて回折させる第４回折素子を備え、
    前記第４回折素子は、前記可動部材が前記第１位置の場合に、前記第１回折素子が回折した前記照射光を前記第２検出部材に入射させるように回折させる、請求項１０に記載の電子ペン。
  13. 前記可動部材に設けられ、前記第１回折素子が回折する前記照射光の他の一部を前記第２検出部材に向けて反射させる第３反射部材を備え、
    前記第３反射部材は、前記可動部材が前記第１位置の場合に、前記第１回折素子が回折した前記照射光を前記第２検出部材に入射させるように反射させる、請求項１０に記載の電子ペン。
  14. 前記光源に対して電子ペン筐体の延出する第１方向の一方に設けられ、前記照射光を吸光する吸光部材を備え、
    前記吸光部材は、前記可動部材が前記第２位置の場合に、前記第１回折素子が回折した前記照射光が入射されるものである、請求項１２及び１３のいずれか一項に記載の電子ペン。
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