(57)【要約】【課題】本発明は、ペン型のコンピューターの入力装置に関するもので、ペン型は、本来ペン先が見え易いと言う特徴を生かして曲線や図形のトレースを容易に可能とし、小型で操作性の良いペン型のコンピューター入力装置を提供することを目的とする。【解決手段】ペン型のコンピューター入力装置本体と、この入力装置本体と読み取り面の相対的な移動方向と移動量を光学的に読み取るセンサーを設け、この入力装置本体の先端部に読み取り面上の像をセンサーに結像する第１の結像レンズを配置し、第１の結像レンズとセンサーの間に第２の結像レンズと反射ミラーを配置し、前記センサーが実装されるＩＣパッケージの面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置し、読み取り面上を照明する光源と、この光源の光は集光レンズと第１の結像レンズにより集光され読み取り面上を照明し、このセンサーが読み取ったデータをコンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へとデータ処理する移動出力信号処理部を設ける。【選択図】図１（ａ）
2004086462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペン型のコンピューター入力装置本体に、この入力装置本体と読み取り面の相対的な移動方向と移動量を光学的に読み取るセンサーを設け、この入力装置本体の先端部に読み取り面上の像をセンサーに結像する第１の結像レンズを配置し、第１の結像レンズとセンサーの間に第２の結像レンズと反射ミラーを配置し、前記センサーが実装されるＩＣパッケージの面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置し、読み取り面上を照明する光源と、この光源の光は集光レンズと第１の結像レンズにより集光され読み取り面上を照明し、このセンサーが読み取ったデータをコンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へとデータ処理する信号処理部を設けたことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載のペン型のコンピューター入力装置において、１枚もしくは複数枚の集光レンズと第１の結像レンズの間に、光ファイバーなどの光導波路を配置して読み取り面上を照明したことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項３】
請求項１に記載のペン型のコンピューター入力装置において、反射ミラーをハーフミラーとし、光源からの光は１枚もしくは複数枚の集光レンズとハーフミラーを透過し、更に第２の結像レンズと第１の結像レンズを透過して読み取り面上を照明することを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項４】
請求項３に記載のペン型のコンピューター入力装置において、光源からの光は集光レンズにより結像光学系の像側であるセンサー位置と等価位置で集束され、あるいは略等価位置で集束され、ハーフミラーを透過し、更に第２の結像レンズと第１の結像レンズを透過して読み取り面を照明することを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３、及び請求項４に記載のペン型のコンピューター入力装置において、第１の結像レンズをケースに配置したペン先部を入力装置本体から着脱交換可能にしたことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、及び請求項５に記載のペン型のコンピューター入力装置において、この入力装置内に傾斜スイッチを設け、入力装置が傾いた場合に光源の電源を切ることを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項７】
ペン型のコンピューター入力装置本体に、この入力装置本体の先端部に設けられて面上を回転移動する球体と、この球体に接した中間球体とを設け、この球体の回転に伴う中間球体の回転運動から回転方向や回転量のデータを光学的に読み取るセンサーを設け、この中間球体の回転方向とその回転量をセンサーに光学的に導く光軸上に結像レンズと反射ミラーを配置し、前記センサーが実装されるＩＣパッケージの面を、ペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置し、読み取り面である中間球体上を照明する光源を設け、この光源の光は集光レンズにより読み取り面上である中間球体上に集光され照明し、このセンサーが読み取ったデータをコンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へとデータ処理する移動出力信号処理部を設けたことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項８】
請求項７に記載のペン型のコンピューター入力装置において、１枚もしくは複数枚の集光レンズと中間球体の間に、光ファイバーなどの光導波路を配置して読み取り面である中間球体上を照明したことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項９】
請求項に７記載のペン型のコンピューター入力装置において、反射ミラーをハーフミラーとし、光源からの光は１枚もしくは複数枚の集光レンズとハーフミラーを介し、更に結像レンズを透過して読み取り面である中間球体上に集光され照明することを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のペン型のコンピューター入力装置において、光源からの光は集光レンズにより結像光学系の像側であるセンサー位置と等価位置で集束され、あるいは略等価位置で集束され、ハーフミラーを透過し、更に結像レンズを透過して読み取り面上である中間球体上に集光され照明することを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項１１】
請求項７、請求項８、請求項９、及び請求項１０に記載のペン型のコンピューター入力装置において、面上を回転移動する球体を転動可能に包含したホルダーを設け、このホルダーを中間球体側に圧接するスプリングを設け、前記球体とは反対側に中間球体に当接するように環状に配置された中間球体よりも小径の複数のボールを設けたことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項１２】
請求項７，請求項８、請求項９、請求項１０及び請求項１１に記載のペン型のコンピューター入力装置において、面上を回転移動する球体と、この球体に接した中間球体とを転動可能として一体に構成したペン先部を入力装置本体から着脱交換可能にしたことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項１３】
ペン型のコンピューター入力装置において、入力装置本体の長手方向の一部に、入力装置本体を指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットする凸部を設けたことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項１４】
ペン型コンピューター入力装置において、入力装置本体の長手方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブルを引き出したことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項１５】
ペン型のコンピューター入力装置において、入力装置本体を包含し外殻となる筒体を設け、入力装置本体はこの筒体内で軸方向前後に所定量移動可能とし、入力装置本体はスプリングによりペン先側へ所定の圧力で押し圧され、入力装置本体あるいは筒体には入力スイッチを設け、ペン先を面へ当て、前記筒体をペン先側へ押圧したときに前記筒体はペン先側へ移動し、前記筒体あるいは入力装置本体の入力スイッチとの当接部が前記筒体の移動に連動して前記入力スイッチをオンオフさせることを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のペン型のコンピューター入力装置において、外殻の筒体の長手方向の一部に、入力装置本体を指で持った場合に、親指と人差し指の股にフィットする凸部を設けたことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載のペン型コンピューター入力装置において、外殻の筒体の長手方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブルを引き出したことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項１８】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項４、及び請求項６に記載のペン型のコンピューター入力装置において、センサーは２次元イメージセンサーを用い、パーソナルコンピューターへの前記カーソルの移動出力信号処理部と、イメージ入力のための画像処理を行うイメージ信号伝送部を設け、カーソルの移動出力信号からイメージ出力信号への出力切換えスイッチを設け、また走査開始時の先頭データによりＸ方向か、Ｙ方向かの判断を前記移動出力信号処理部で行うこともできるようにしたイメージ入力可能なことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のペン型のコンピューター入力装置において、イメージ入力を行う際に、入力装置をＸ方向に走査した場合には、Ｙ方向への走査ずれを補正し、Ｙ方向に走査した場合には、Ｘ方向への走査ずれを補正するためのイメージ信号ＸＹずれ補正部を設けたことを特徴とするペン型のコンピューター入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はパーソナルコンピューターなどのシステムにおいてカーソルの移動や図形の入力をするペン型のコンピューター入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、パーソナルコンピューターの急速な普及に伴い、そのコンピューター入力装置の一つであるマウスにおいても、その用途に合わせていろいろなタイプのものが開発されている。図１２（ｂ）に示すような最も普及している形状で、手のひらで包み込んで持ち、机の上などで移動させて、その移動量でコンピューターのモニター上のカーソルを移動させるタイプのものは、人間の手首や腕を利用してマウスを移動させてカーソルを移動させ、モニター上のアイコンを選んだり、クリックすることについて問題はなかった。しかし、図形や曲線の入力には細かな入力作業が必要で、そのためには、通常ペンを用いて絵を書くような指先を利用することができなかったため不向きであった。また、図１５に示すような従来のタブレット型の入力装置ではペン部５１は充分細く構成することができ、指先を利用することが可能なため、細かな入力作業である図形や曲線の入力にも適しているが、センサー部５２が入力作業面そのもので、大きな面形状であるため高額なものとなっていた。これら従来のコンピューター入力装置をペン型のコンピューター入力装置にするための問題と、解決策として考案されたはずの従来のペン型のコンピューター入力装置が依然として持つ問題について説明する。
【０００３】第１の従来例として、図１２（ａ）は米国特許ＵＳ６，２８１，８８２に記載のコンピューター入力装置である光学式マウスの読み取り光学系の要素部品の側断面構成図である。図１２（ｂ）は、その外観図であり、図１２（ｃ）は、その背面図である。また、図１２（ｄ）は、実際にこの考案にもとづいて製品化された光学式マウスの側断面である。
【０００４】次に、図１２（ａ）に基づいて、この光学式マウスの基本構成について説明する。３は、図１２（ｂ）で示すところの光学式マウス本体３１を操作して、光学式マウス本体３１との相対的な移動を読み取るためのマウスパッド等の読み取り面である。４は、光学式マウス本体３１と読み取り面３との相対的な移動方向と移動量を光学的に読み取るためのセンサーであり、５はそのセンサー４のＩＣパッケージである。８ｂは結像レンズで、読み取り面３をセンサー４上に結像する。このセンサー４の出力信号がデータ処理されてＸ方向とＹ方向の移動量の出力データとなりコンピューターのモニター上のカーソル移動出力信号となりコンピューターへ伝送される。
【０００５】更に、第１の従来例である光学式マウスの構造を詳細に説明する。１０は読み取り面を照明する光源である。この光源１０の光は集光レンズ１１により読み取り面３を照明する。ここで、通常この光源１０は、大きさと出力とセンサーの波長感度などからＬＥＤが用いられる。そして、照明された光は読み取り面３で反射して結像レンズ８ｂを透過してセンサー４上に導かれる。
【０００６】次に、読み取り動作について説明する。
図１２（ｃ）の中央部には前記光源１０から集光された光が射出する円形の窓３２があり、その窓から射出された光は読み取り面３を照明した後、読み取り面３で反射して結像レンズ８ｂを透過してセンサー４上に導かれ結像する。センサー４は２次元のイメージセンサーであり、光学式マウス本体を人の手で読み取り面３上を移動させると、その画像は変化し、一定の周期で連続画像を撮り、各画像の変化を記録していく。その変化量は図示しないデーター処理部でＸ方向とＹ方向の各座標それぞれの移動量に変換されて、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へと変換される。
【０００７】次に、図１２（ｄ）は、前記第１の従来例である米国特許ＵＳ６，２８１，８８２に基づいて製品化された光学式マウスの側断面図であり、この構成について説明する。図１２（ａ）の米国特許に記載の基本構成と同様に、４はセンサーであり、５はそのＩＣパッケージである。８ｂは結像レンズ、３は読み取り面、１０は光源であり、前記図１２（ｂ）と同様にＬＥＤが用いられている。１１は光源の光を集光して読み取り面を照明する集光レンズである。３３と３４は光源の光を読み取り面に導くための反射面である。光源１０であるＬＥＤから発光された光は集光レンズ１１により集光され、次に反射面３３と３４により反射され読み取り面３を照明する。照明された光は読み取り面で反射して結像レンズ８ｂを透過しセンサー上に導かれる。
【０００８】ここで、図１２（ａ）の米国特許に記載の発明基本構成との違いは、反射面３３と３４を設けていることである。以下に、この反射面３３と３４を設けている理由について説明する。光学式マウス本体３１の読み取り面３からの高さは、手のひらで包むように持つ関係から製品として制限があり、その為には自ずとＩＣパッケージから読み取り面の高さにも制限が生じる。読み取り面３の照明は、結像レンズ８ｂと読み取り面の間隔を斜め側面から照明しなければならない。図１２（ａ）の米国特許に記載の発明の場合は、斜めから照明できるスペースがあるように見える。しかし、図１２（ｄ）　の製品化された光学式マウスの場合は、光源１０であるＬＥＤにも大きさがあり、また、その光束にも大きさがあるため、この限られた結像レンズ８ｂと読み取り面の間隔で直接照明すると光束がＩＣパッケージにより遮られ易い。そこで、この図１２（ｄ）の製品化された構成では読み取り面３と光源１０の間に、２つの反射面３３と３４を設けることで、読み取り面３をＩＣパッケージ５に遮られることなく側面から照明することができる。以上が第１の従来例の構成と、その光学式マウスとしての読み取り動作である。
【０００９】第２の従来例として、図１３（ａ）は、特開平９−６２４３９に記載のペン型のコンピューター入力装置の外観図であり、図１３（ｂ）は、そのペン先の要部断面図である。
【００１０】この第２の従来例は、ペン型のコンピューター入力装置であって、入力装置本体１のトラックボール４１の部分に、ペン先形状のアタッチメント４３を着脱可能に設けた入力装置である。４２はセンサーユニットで入力装置本体１に固定され、トラックボール４１の回転運動から、Ｘ、Ｙ座標のデータ（方向、移動量）を読み取るセンサーが配設されたＩＣパッケージ５と、このＩＣパッケージ５を実装した基板６から構成されている。
【００１１】ここで、通常のマウスの機能から描画機能を実現する場合、入力装置本体１にアタッチメント４３を装着する。このアタッチメント４３内には、図１３（ｂ）に示すように、先端部にペン先形状の様に自在に転動することができ、トラックボール４１より小径の球体４４を有する。アタッチメント４３と入力装置本体１との嵌合は、入力装置本体１の下端部に嵌合凹部４５を設ける。アタッチメント４３には、この嵌合凹部４５に嵌合するためのツメ形状の嵌合凸部４６を設け、入力装置本体１と簡単に押圧・挿入して嵌合できる構造となっている。
【００１２】また、嵌合凹部４５は、それに嵌合する嵌合凸部４６を介して球体４４を支承し自在に転がすと共に、トラックボール４１の転動を妨げず、且つ球体４４はトラックボール４１に圧接できる構成になっている。
【００１３】そして、入力装置本体１にアタッチメント４３が装着されると、トラックボール４１と球体４４が接触し、球体４４が転動するとそれに応じてトラックボール４１も転動し、一般のマウス同様の動作となる。
【００１４】このように、この第２の従来例のアタッチメント４３は先端部が細くなる錐状で、かつトラックボール４１よりも小球である球体４４が包含されたアタッチメント４４を、入力装置本体１に装着することで、ペン先部を小さくすることで、描画性能を高めようとするものである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】第１の従来例の光学式のマウスは標準的なもっとも普及した形状で、手のひらで包み込んで操作するが、この構成のままでペン型のコンピューター入力装置を構成しようとした例が、図１４（ａ）であり、ＩＣパッケージ５の面を、後述する第１の結像レンズ７と第２の結像レンズ８を結ぶ光軸に垂直な面に配置する構成となる。この構成で、曲線や図形のトレースを行い易くするには、ペン先が入力作業者から見え易いようにペン先の円錐形状の角度を小さくする必要がある。そのためには第１の従来の例で言えば、図１２（ａ）のセンサー４のＩＣパッケージ５自体を小さくして、なおかつ結像レンズ８ｂの焦点距離を第１の従来例より長くしてセンサー４のＩＣパッケージ５を読み取り面から離す必要がある。ここで、図１４（ａ）の場合は、便宜上比較の意味で後記発明の形態と同じようにペン先に第１の結像レンズ７を設け、この第１の結像レンズ７とセンサー４の間に、第２の結像レンズ８を設けている。これら結像レンズの焦点距離を長くして、ペン先の円錐形状の角度を小さくしようとしているが、ＩＣパッケージ５はＩＣの製造上の条件やリードの寸法などから小さくするにも限界がある。従って、図１４（ｃ）のように、ＩＣパッケージ５の面をペンの長手方向と直交した面に配置しているため、入力装置本体１の内径は、少なくとも、ＩＣパッケージ５の四角形の面の対角以上となる。また、読み取り面３を照明する光源１０であるＬＥＤの大きさと、その光を集光する集光レンズ１１の大きさを小さくするにも光量の条件から限界がある。このように、第１の従来例の構成のままでペン型のコンピューター入力装置を構成しようとするとセンサー４のＩＣパッケージ５の周りには、これら基本要素部品のスペースが必要となり、仮にペン先の円錐形状の角度を小さくするために、前記のように結像レンズ８ｂの焦点距離を長くしたとしても、これら要素部品によりペン軸が太くなり易い構成である。このように、ＩＣパッケージ５の面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向直交する方向に配置すると言うことは、前記したように、入力装置本体１の内径がＩＣパッケージ５の四角形の面の対角以上となる。従って、対角より小さい寸法である辺の寸法を有効に生かして、ペン型の入力装置本体１を細くするための最良な構成でなく、持ちにくいと言う問題が発生し易い。また、ＩＣパッケージ５を小形化するために、読み取りのためのセンサー４と最小限の処理回路しかパッケージすることができず、その他の処理回路は別のＩＣにパッケージしなければならずコスト増大の原因となり、これも問題となる。
【００１６】また、図１３（ａ）の第２の従来例の場合、ペン型のコンピューター入力装置本体１のトラックボール４１の部分に、ペン先形状のアタッチメント４３を着脱可能に設けることでペン先端の球体４４を小径にすることは可能である。しかし、センサーユニット４２の面は球体４４とトラックボール４１の中心を結んだ軸に直交する面であり、かつトラックボールに接するすぐ上部に配置しているため、第１の従来例をペン型のコンピューター入力装置に構成した例である図１４（ａ）でＩＣパッケージ５のスペースが必要であったと同じように、ペン軸が太くなっている。このようにトラックボール４１とペン先端の球体４４のみでは、ＩＣパッケージ５を充分にペン先から離すことができないため、ペン先の円錐形状の角度は大きくなっており、ペン先のボールが入力作業者から見えにくくなり曲線や図形のトレースに使う入力装置としては充分な構成ではないという課題を有していた。
【００１７】本発明は、上記従来技術の課題を解決するもので、ペン先の円錐形状の角度が小さく、ペン先が入力作業者から見え易く曲線や図形のトレースに最適で、入力装置本体も細くて持ち易いペン型のコンピューター入力装置を提供することを目的とする。
【００１８】次に、第１の従来例の手で包み込んで操作する図１２（ａ）〜図１２（ｄ）の光学式マウスは、読み取り面を照明する窓を常時下に向けて操作し、また、手を離した場合でも机の上などで下向きである。しかしながら、上述したように、第１の従来例と同じ構成で、ペン型のコンピューター入力装置とした図１４（ａ）〜図１４（ｄ）の場合は、手を離すと机の上で横向きになり、光は側面に漏れる。また、ペン型をしているため、不用意に人の目に向ける可能性があり、光量によっては人の目に害を及ぼす問題を有している。
【００１９】更に、図１３（ａ）と図１３（ｂ）に示す第２の従来例のペン型のコンピューター入力装置の入力装置本体１は直線的な形状をしているため親指と人指し指と中指で持った場合、持ち方によっては角度が傾きペン先の球体４４の保持部であるアタッチメント４３の周囲が球体４４の移動するマウスパッド３の面上に接触し、充分に球体４４が円滑に回転しないという問題も持っていた。また、第１の従来例をペン型のコンピューター入力装置に構成した例である図１４（ａ）〜図１４（ｄ）の場合も入力装置本体１が傾くとペン先の結像レンズ７が読み取り面から若干離れるため焦点がずれ読み取り性能に支障をきたす可能性を有している。
【００２０】更に、図１３（ａ）に示す第２の従来例のペン型のコンピューター入力装置をコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９は、入力装置本体１のペン先とは反対側の端部から長手方向に引き出されていたため、指先で細かくペン先を動かすと反対側の端部のインターフェイスケーブル２９もその動きに応じて細かく振れることになる。この振れは、指が入力装置本体１を持つ位置からペン先までの距離より、インターフェイスケーブル２９が引き出されるペン先と反対側までの端部までの距離のほうが当然長いため、更に拡大されることになる。このインターフェイスケーブル２９の柔軟性が充分でない場合には、このインターフェイスケーブル２９の振れが入力装置本体の円滑な操作を阻害する問題もあった。
【００２１】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決するために、解決手段の第１としての発明は、ペン型のコンピューター入力装置本体に、この入力装置本体と読み取り面の相対的な移動方向と移動量を光学的に読み取るセンサーを設け、この入力装置本体の先端部に読み取り面上の像をセンサー部に結像する第１の結像レンズを配置し、第１の結像レンズとセンサーの間に第２の結像レンズと反射ミラーを配置し、第１の結像レンズと第２の結像レンズでできる光学系の焦点距離を従来のものより長くすることにより、センサーのＩＣパッケージをペン先から遠方にすることが可能となり、これにより上記したペン先の円錐形状の角度が大きく、ペン先が入力作業者から見えにくくなり曲線や図形のトレースに使う入力装置としては充分な構成ではないという課題を解決するものである。また、センサーが実装されるＩＣパッケージの面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置したことで、ペン軸本体が太くなると言う問題を解決するものである。
【００２２】更に、上記解決手段の第１の発明のペン型のコンピューター入力装置において、集光レンズと第１の結像レンズの間に、光ファイバーなどの光導波路を配置した構成としている。このため、集光レンズから第１の結像レンズまでの光軸を曲げることが可能となり、光源と集光レンズの配置の自由度を高くしている。
【００２３】更に、上記解決手段の第１の発明のペン型のコンピューター入力装置において、反射ミラーをハーフミラーとし、光源からの光は１枚もしくは複数枚の集光レンズとハーフミラーを透過し、更に結像レンズ２と結像レンズ１を透過して読み取り面上の照明を行うことで反射ミラー周りの構成を更に簡素化できる。
【００２４】更に、上記解決手段の第１の発明のペン型のコンピューター入力装置において、光源からの光は１枚もしくは複数枚の集光レンズにより結像光学系の像側であるセンサー位置と等価位置で集束され、あるいは略等価位置で集束され、ハーフミラーを介し、更に第２の結像レンズと第１の結像レンズを透過して読み取り面を照明することで光源の光を効率良く取り入れることが可能となる。
【００２５】更に、上記解決手段の第１の発明のペン型のコンピューター入力装置において、第１の結像レンズをケースに配置したペン先部を入力装置本体から着脱交換可能にしたことで、結像レンズが読み取り時に読み取り面と接触して、キズや磨耗が生じて読み取り性能が劣化しても簡単に交換ができる。
【００２６】更に、上記解決手段の第１の発明のペン型のコンピューター入力装置において、この入力装置内に傾斜スイッチを設け、入力装置が傾いた場合に光源の電源を切ることで、ペン型をしているが故に、不用意に人の目に向ける可能性があり、光量によっては人の目に害を及ぼす問題を解決するものである。
【００２７】次に、解決手段の第２としての発明は、ペン型のコンピューター入力装置本体に、この入力装置本体の先端部に設けられて面上を回転移動する球体と、この球体に接した中間球体とを設け、この球体の回転に伴う中間球体の回転運動から回転方向や回転量のデータを光学的に読み取るセンサーを設け、この中間球体の回転方向とその回転量をセンサーに光学的に導く光軸上に結像レンズと反射ミラーを配置し、前記センサーが実装されるＩＣパッケージの面を、ペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置することで、従来より読み取り面を遠方で読み取り、また、センサーの読み取り面である中間球体上を照明する光源と、この光源の光は集光レンズにより読み取り面上である中間球体上に集光され照明し、このセンサーが読み取ったデータをコンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へとデータ処理する信号処理部を設けている。これらの構成により、解決手段の第１としての発明と同様にペン先の円錐形状が大きく、ペン先が入力作業者から見えにくくなり曲線や図形のトレースに使う入力装置としては充分な構成ではないという課題を解決するものである。また、センサーが実装されるＩＣパッケージの面を、ペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置したことで、ペン軸本体が太くなると言う問題を解決するものである。
【００２８】更に、上記解決手段の第２としての発明のペン型のコンピューター入力装置において、集光レンズと中間球体の間に、光ファイバーなどの光導波路を配置した構成としている。このため、光源から中間球体までの光軸を曲げることが可能となり、光源と集光レンズの配置の自由度を高くしている。
【００２９】更に、上記解決手段の第２としての発明のペン型のコンピューター入力装置において、反射ミラーをハーフミラーとし、センサーの読み取り面である中間球体の照明に、光源からの光は１枚もしくは複数枚の集光レンズとハーフミラーを透過し、更に結像レンズを透過して照明を行うことで反射ミラー周りの構成を更に簡素化できる。
【００３０】更に、上記解決手段の第２としての発明のペン型のコンピューター入力装置において、光源からの光は１枚もしくは複数枚の集光レンズにより結像光学系の像側であるセンサー位置と等価位置で集光され、あるいは略等価位置で集光され、読み取り面を照明することで光源の光を効率良く取り入れることが可能となる。
【００３１】更に、上記解決手段の第２としての発明のペン型のコンピューター入力装置において、マウスパッドなどの面上を回転移動する球体を転動可能に包含したホルダーを設け、このホルダーを中間球体側に圧接するスプリングを設け、前記球体とは反対側に中間球体に当接するように環状に配置された中間球体よりも小径の複数のボールを設けたことで球体と中間球体は円滑に回転し滑らかな入力作業を行うことができる。
【００３２】更に、上記解決手段の第２としての発明のペン型のコンピューター入力装置において、面上を回転移動する球体と、この球体に接した中間球体とを転動可能として一体に構成したペン先部を入力装置本体から着脱交換可能にしたことで球体と中間球体の表面や駆動周りに汚れが生じて回転が円滑にならなくなり読み取り性能が劣化しても簡単に交換ができる。
【００３３】更に、上記解決手段の第１と第２としての発明のペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向の一部に親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部を設けている。これにより、必要以上に入力装置本体１が傾くことを防止できる。親指と人指し指と中指で持った場合、持ち方によっては角度が傾き、解決手段の１場合は、ペン先部の第１の結像レンズの先端が読み取り面から若干離れて焦点がずれ、読み取り性能に支障をきたす問題を解決するものである。解決手段の２の場合は、ペン先のボール保持部の周囲がボールの移動する面上に接触し、充分にボールが円滑に回転しないという問題を解決するものである。
【００３４】更に、前記解決手段の第１と第２としての発明のペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブルを引き出したことで、インターフェイスケーブルの柔軟性が充分でない場合にマウスの円滑な操作を阻害する問題を解決するものである。
【００３５】更に、上記解決手段の第１と第２としての発明のペン型のコンピューター入力装置の入力装置本体を包含し外殻となる筒体を設け、入力装置本体はこの筒体内で軸方向前後に所定量移動可能とし、入力装置本体はスプリングによりペン先側へ所定の圧力で押し圧され、入力装置本体には入力スイッチを設け、ペン先を面へ当て、前記筒体をペン先側へ押圧したときに前記筒体はペン先側へ移動し、前記筒体の入力スイッチとの当接部が前記筒体の移動に連動して前記入力スイッチをオンオフさせることで、ペンを持ったままでスイッチ入力作業を行うことができる。
【００３６】更に、上記解決手段の第１と第２としての発明のスイッチ入力可能なペン型のコンピューター入力装置において、外殻の筒体の長手方向の一部に凸部を設けたことで親指と人指し指と中指で持った場合、持ち方によっては角度が傾きペン先のボール保持部の周囲がボールの移動する面上に接触し、充分にボールが円滑に回転しないという問題を解決するものである。
【００３７】更に、前記解決手段の第１と第２としての発明のスイッチ入力可能なペン型のコンピューター入力装置において、外殻の筒体の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブルを引き出したことで、インターフェイスケーブルの柔軟性が充分でない場合にマウスの円滑な操作を阻害する問題を解決するものである。
【００３８】前記解決手段の第１の発明のペン型のコンピューター入力装置において、センサーは２次元イメージセンサーを用い、パーソナルコンピューターへの移動出力信号処理部と、イメージ信号伝送部を設け、カーソルの移動出力信号から、イメージ出力信号への切換えスイッチを設けたことで、イメージ入力やバーコード入力が可能となる。
【００３９】更に、イメージ入力を行う際に、入力装置をＸ方向に走査した場合には、Ｙ方向への走査ずれ補正し、Ｙ方向に走査した場合には、Ｘ方向への走査ずれを補正するためのイメージ信号ＸＹずれ補正部を設けたことで、ペンのイメージ走査が多少湾曲なり、蛇行や傾きがあっても、走査しながら、そのゆがみや蛇行を検知できるので、直線的に補正処理を行うことができ、良好なイメージを得ることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４１】（第１の実施の形態）図１（ａ）は、第１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図である。図１（ｂ）は、その縦断面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ｄ）は、その外観図である。図１（ｅ）は、この第１の実施の形態であるペン型のコンピューター入力装置を手で操作している図である。また、図１（ｆ）は、ペン先部の部分断面図である。まず、全体の構成について説明する。１はペン型のコンピューター入力装置本体であり、２はそのペン先部、３は、ペン先部２を接触させて、入力装置本体１との相対的な移動を光学的に読み取るためのマウスパッド等の読み取り面である。４はペン型のコンピューター入力装置を操作して、読み取り面３との相対的な移動方向と移動量を光学的に読み取るためのセンサーであり、ここでは図１２（ａ）〜図１２（ｂ）の米国特許ＵＳ６，２８１，８８２に記載の光学式マウスと同じ２次元のイメージセンサーが用いられている。このセンサー４のアナログのイメージ出力信号がデータ処理されてＸ方向とＹ方向の移動量の出力データとなりコンピューターのモニター上のカーソル移動出力信号となる。
【００４２】次に、この第１の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の構造を詳細に説明する。次に、この入力装置本体１の先端部には読み取り面３上の像をセンサー４上に結像させる第１の結像レンズ７を配置し、この第１の結像レンズ７とセンサー４の間には、第２の結像レンズ８と反射ミラー９が配置されている。１０は、このセンサー４の読み取り面３上を照明する光源である。この光源１０の光は、集光レンズ１１と第１の結像レンズ７により読み取り面３上で集光され、読み取り面３を照明する。この光源１０は、通常大きさと出力の関係からＬＥＤが用いられ、集光レンズ１１と一対の構成となっており、この第１の実施の形態の場合は、反射ミラー９から第１の結像レンズ７を結ぶ光軸の両側に２対配置されている。但し、センサー４の読み取り性能上、センサー４が受光する光量に支障ない範囲であるなら反射ミラー９の片側に１対の光源１０と集光レンズ１１の配置でもかまわない。この光源１０で照明された光は、読み取り面３で反射して第１の結像レンズ７と第２の結像レンズ８を透過して、反射ミラー９で反射してセンサー４上に導かれる。
【００４３】更に、前記センサー４が実装されるＩＣパッケージ５の面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置されている。６はＩＣパッケージ５が実装される基板であり、自ずと、この基板６も同様にペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置されている。このセンサー４のＩＣパッケージ５以外に、センサーが読み取ったイメージ出力信号を、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へとデータ処理する信号処理ＩＣや回路部品も、この基板６に実装されている。
【００４４】このように、概略すれば、この実施の形態１は、第１の結像レンズとセンサー４の間に第２の結像レンズ８と反射ミラー９を配置し、第１の結像レンズ７と第２の結像レンズ８でできる光学系の焦点距離を、図１２（ａ）に示す第１の従来例より長くすることにより、センサー４のＩＣパッケージ５をペン先から遠方にすることが可能となり、ペン先の円錐形状の角度を小さくすることができる。従って、ペン先が入力作業者から見え易くなり、図形の入力やトレースが行い易くなる。これらの構成にしたことと、少なくとも、センサー４が実装されるＩＣパッケージ５の面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置したことで、図１（ｃ）の断面図から分かるように、入力装置本体１の内径はＩＣパッケージ５の１辺の長さより少し大きい程度に収まる。一方、従来の第１の実施例の構成でペン型のコンピューター入力装置にした図１４（ａ）〜図１４（ｄ）の場合は、センサー４が実装されるＩＣパッケージ５の面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置しているため、ＩＣパッケージ５を長方形から正方形に小形化したとしても、入力装置本体１の内径は、図１４（ｃ）から分かるように、１辺の長さの√２倍以上になる。この比較からも、ＩＣパッケージ５の面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置することで、ペン軸本体が太くなると言う問題を解決することができる。
【００４５】次に、更に詳細な構造について説明する前に、この第１の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の読み取り動作について説明する。読み取り動作そのものは、図１２（ａ）の米国特許ＵＳ６，２８１，８８２に記載のコンピューター入力装置と同じである。光源１０であるＬＥＤからの光は、集光レンズ１１と第１の結像レンズ７で集光され読み取り面３を照明する。その後、照明された光は、読み取り面３で反射して、再び第１の結像レンズ７に戻り、次に第２の結像レンズ８に入射後、反射ミラー９で反射されてセンサー４上に読み取り面３の像となって導かれる。ここで入力装置本体１を人の指で持って、ペン先をマウスパッドなどの読み取り面３に押し当てて、読み取り面３の上を相対的に移動させると、センサー４は２次元のイメージセンサーであり一定の周期でマウスパッドなどの読み取り面３の表面の連続画像を撮り、各画像の変化を記録していく。その変化量は信号処理ＩＣでＸ方向とＹ方向の各座標それぞれの移動量に変換されて、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へと変換される。
【００４６】次に、ペン先部２の更に詳細な構造について図１（ｆ）により説明する。前記ペン型のコンピューター入力装置本体１の先端部には第１の結像レンズ７が配置されているが、この第１の結像レンズ７は円錐型のケース１２に嵌入されておりペン先部２を構成している。このペン先部２のケース１２の入力装置本体１側には、図１（ａ）の場合では雄ネジ１２ａが切られており、その相手側である入力装置本体１の端部には雌ネジ１２ｂが切られている。使用時はこのケース１２の雄ネジ１２ａと入力装置本体１の雌ネジ１２ｂは螺合してネジ結合されている。ここで、このペン型のコンピューター入力装置が長期間ないしは、不用意な使用をされてペン先部２の先端の第１の結合レンズ７に傷がついたり磨耗したりして読み取り性能が劣化した場合は、第１の結像レンズ７を交換する必要がある。この場合上記のような構造であればペン先部２が入力装置本体１から着脱交換可能であるので、速やかにペン先部２を交換して性能を回復することができる。このペン先部２と入力装置本体１の結合は、前記のようなネジ結合以外に凹凸の組み合わせのスナップフィットのような結合でもかまわない。
【００４７】次に、光源のスイッチについて説明する。ペン型のコンピューター入力装置本体１内に傾斜スイッチ２７を設け、光源１０と接続し、入力装置１が傾いた場合に光源１０の電源を切ることが可能である。図１６はこの傾斜スイッチ２７の一例で、日本開閉器工業株式会社の型名ＤＳ−Ａの断面図である。７１は接触端子Ａ、７２は接触端子Ｂ、７３は接触ボール大、７４は接触ボール小　であり、この図１６の場合はオンの状態で、接触端子Ａ７１と接触端子Ｂは導電性の接触端子ボール大７１と接触端子ボール小７２を介して導通状態である。この傾斜スイッチ２７が横に倒れると、接触ボール大７３か接触ボール小７４のいづれかが動き接触端子Ａ７１と接触端子Ｂの導電性がなくなりオフ状態となる。このように傾斜スイッチ２７を設け、光源１０と接続することによりペン型をしているが故に、不用意に人の目に向ける可能性があり、光量によっては人の目に害を及ぼす問題を解決できる。
【００４８】更に、図１（ｄ）と図１（ｅ）に示すように、入力装置本体１の長手方向の一部に、親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部２８を設けている。これにより、必要以上に入力装置本体１が傾くことを防止できる。従って、持ち方によっては入力装置本体１が傾き、ペン先部２の第１の結像レンズ７の先端が読み取り面３から若干離れて焦点がずれ、読み取り性能に支障をきたす問題を解決することができる。
【００４９】次に、この第１の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の操作性について説明する。前記したように、図１３（ｂ）の第２の従来例のペン型のコンピューター入力装置をコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９は、入力装置本体１のペン先とは反対側の端部から長手方向に引き出されていたため、指先で細かくペン先を動かすと反対側の端部のインターフェイスケーブル２９もその動きに応じて細かく振れることになる。この振れは、指が入力装置本体１を持つ位置からペン先までの距離より、指が入力装置本体１を持つ位置からインターフェイスケーブル２９が引き出されるペン先と反対側までの端部までの距離のほうが長いと、更に拡大されることになる。このインターフェイスケーブル２９の柔軟性が充分でない場合には、このインターフェイスケーブル２９の振れが入力装置本体の円滑な操作を阻害する問題があった。そこで、この第１の実施の形態では、ペン型のコンピューター入力装置本体１の長手方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９を引き出したことで、指が入力装置本体１を持つ位置からインターフェイスケーブル２９が引き出される位置を従来より短くすることができるため、インターフェイスケーブル２９の振れを小さくすることができる。このため、インターフェイスケーブル２９の柔軟性が充分でない場合でも、入力装置本体の円滑な操作を阻害する問題を解決することができる。
【００５０】（第２の実施の形態）図２（ａ）は、第２の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図である。図２（ｂ）は、その縦断面図である。図２（ｃ）　は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この第２の実施の形態は、前記図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示す第１の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の集光レンズ１１と第１の結像レンズ７の間に、光導波路である光ファイバー３０を配置した構成としている。前記第１の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の場合、一対の光源１０と集光レンズ１１は、反射ミラー９から第１の結像レンズ７を結ぶ光軸の両側に２対配置されている。この２対の光源１０から第１の結像レンズ７へ入射する角度は、入力装置本体１の内径に左右されるため、ペン型であると言うこともあって更に小形化を求めると、自ずと、前記結像レンズへの入射角は決まってくる。このため、光源１０と集光レンズ１１を入力装置本体１の内径に自由度が高く配置する手段が求められ、前記したように、図２（ｂ）に示すように、この第２の実施の形態では、第２の集光レンズ１１ｂと第１の結像レンズ７の間に、光導波路である光ファイバー３０を配置した構成としている。このため、第２の集光レンズ１１ｂから第１の結像レンズ７までの光軸を曲げることが可能となり、光源１０と、後述する第１の集光レンズ１１ａと、第２の集光レンズ１１ｂの配置の自由度を高くすることができ、小形化に寄与しながら入力装置本体１の内径に収納することが可能となる。
【００５１】次に、この第２の実施の形態の集光レンズは、第１の集光レンズ１１ａと第２の集光レンズ１１ｂから構成されており、第１の集光レンズ１１ａは、光源１０の光を集光して、第２の集光レンズ１１までの間に１度光を集束させて、第２の集光レンズ１１ｂへ導いている。第２の集光レンズ１１ｂは、その光を受けて光ファイバーへ射出するが、その時点では平行光となって光ファイバー３０へ導いている。
【００５２】ここで、この第２の実施の形態についても、第１の実施の形態と同様に、ペン先部２内の詳細な構造や、このペン先部２が着脱交換可能な構造であること、また、光源１０に傾斜スイッチ２７を接続していること、そして、その効果についても同じであるため説明は省略する。また、入力装置本体１の長手方向の一部に、親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部２８を設けているが、その効果についても第１の実施の形態と同じであるし、また、入力装置本体１の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９を引き出している構造とその効果についても第１の実施の形態と同じであるため説明は省略する。
【００５３】次に、この第２の実施形態のペン型のコンピューター入力装置の読み取り動作について説明する。読み取り動作そのものは、第１の実施の形態と、以下に説明する読み取り面３の照明の構成が異なる以外は同じである。つまり、光源１０であるＬＥＤからの光は、第１の集光レンズ１１ａで集光された後、第２の集光レンズ１１までの間に１度光は集束して、第２の集光レンズ１１ｂへ導かれる。第２の集光レンズ１１ｂは、その光を受けて光ファイバー３０へ射出するが、その時点では平行光となって光ファイバー３０の端面へ導いている。
光フィアバー３０内を通った光は、反対側の端面から出て、第１の結像レンズ７で集光され読み取り面３を照明する。その後、照明された光は、読み取り面３で反射して再び第１の結像レンズ７に戻り、次に第２の結像レンズ８を透過後、反射ミラー９で反射されてセンサー４上に読み取り面３の像となって導かれる。ここで入力装置本体１を人の指で持って操作して、センサー４の出力信号が、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へと変換される過程は、第１の実施の形態と同じである。
【００５４】（第３の実施の形態）図３（ａ）は、第３の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図である。図３（ｂ）はその縦断面図である。図３（ｃ）　は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この第３の実施の形態は、前記図１（ａ）に示す第１の実施の形態の反射ミラー９をハーフミラー９ｂとし、光源１０からの光は集光レンズ１１とハーフミラー９ｂを透過し、更に、第２の結像レンズ８と第１の結像レンズ７を透過して読み取り面３上で集光して読み取り面３を照明するように構成したものである。これにより、前記第１の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の場合、一対の光源１０と集光レンズ１１は、反射ミラー９から第１の結像レンズ７を結ぶ光軸の両側に２対配置されているが、この第２の実施の形態の場合は、光源１０、集光レンズ１１、ハーフミラー９ｂ、第２の結像レンズ８、第１の結像レンズ７が１直線上に並ぶため、ハーフミラー９ｂ周りの構成を更に簡素化できる。従って、小形化に寄与できる構成となる。
【００５５】次に、第１の実施の形態と第３の実施の形態のセンサー４へ入射する光量と言う意味で比較すると、光源１０から読み取り面３に到達する光量は、第３の実施の形態の場合、光源１０から出射した光は、集光レンズ１１を透過後、ハーフミラー９ｂで１／２に減衰する。その後、第２の結像レンズ８と第１の結像レンズ７を透過後、読み取り面３で反射した後、再び、第１の結像レンズ７と第２の結像レンズを透過後、再び、ハーフミラー９ｂで反射してセンサー４に入射するが、ここでハーフミラー９ｂで反射した際に、光量は１／２に減衰する。従って、センサー４に到達する光量は、ハーフミラー９ｂの影響を考えただけでも、第３の実施の形態の場合、第１の実施の形態に比較して、１／２×１／２＝１／４の光量となる。しかし、前記したように、第３の実施の形態の場合、光源１０から第１の結像レンズ７までを一直線上に配置することが可能であるため、光源１０は、入力装置本体１の中心軸である中央に配置することができる。そのため、第１の実施の形態よりも、第３の実施の形態の光源の大きさは大きなものを使用することができる。すなわち、第１の実施の形態の光源１０に比較して、第３の実施の形態の光源１０の方が、光量的により明るい光源が使用できる。従って、入力装置内部の構成する他の部品との寸法と配置の関係で第１の実施の形態か、第３の実施の形態かを使い分けることができる。
【００５６】ここで、この第３の実施の形態についても、第１の実施の形態と同様に、ペン先部２内の詳細な構造や、このペン先部２が着脱交換可能な構造であること、また、光源１０に傾斜スイッチ２７を接続していること、そして、その効果についても同じであるため説明は省略する。また、入力装置本体１の長手方向の一部に、親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部２８を設けているが、その効果についても第１の実施の形態と同じであるし、また、入力装置本体１の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９を引き出している構造とその効果についても第１の実施の形態と同じであるため説明は省略する。
【００５７】次に、この第３の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の読み取り動作について説明する。この読み取り動作については、センサー４が読み取る読み取り面３の光源１０からの照明が、第１の実施の形態の場合と異なるだけである。光源１０であるＬＥＤからの光は、集光レンズ１１で集光された後、ハーフミラー９ｂを透過し、更に、第２の結像レンズ８、第１の結像レンズ７を透過し、センサー４の読み取り面３を照明する。その後、第１の実施の形態と同様に、読み取り面３を照明した光は、読み取り面３で反射して再び第１の結像レンズ７に戻り透過し、次に、第２の結像レンズ８を透過し、ハーフミラー９ｂで反射されてセンサー４上に読み取り面３の像となって導かれる。ここで入力装置本体１を人の指で持って操作して、センサーの出力信号が、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へと変換される過程は、第１の実施の形態と同じである。
【００５８】（第４の実施の形態）図４（ａ）は、第４の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図である。図４（ｂ）はその縦断面図である。図４（ｃ）　は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この第４の実施の形態の場合も、前記第３の実施の形態と同様にハーフミラー９ｂを用いた構成であるが、以下に説明するように、光源１０から第２の結像レンズ８までの光束の変化が、第３の実施の形態の場合と異なる。つまり、この第４の実施の形態の場合、光源１０からの光は集光レンズ１１により集光された後、一度集束されるが、その集束位置は、第２の結像レンズ８の光源側であって、結像光学系（第１の結像レンズと第２の結像レンズからなる光学系）の像側であるセンサー４の位置と等価位置で集束した構成としている。図４（ｅ）で説明すれば、集束ポイントａ、つまりハーフミラー９ｂからセンサー４までの距離Ｌ１と、ハーフミラー９ｂから集光レンズ１１による集束位置までの距離Ｌ２を同じ距離とした構成である。次に、光源１０からの光は前記等価位置で集束後、ハーフミラー９ｂを透過し、更に第２の結像レンズ８と第１の結像レンズ７を透過して読み取り面３上で集光して読み取り面３を照明するように構成されている。
【００５９】一方、前記第３の実施の形態の場合の集光レンズ１１の作用について説明する。光源１０からの発散状態の光は、集光レンズ１１で集光されて第２の結像レンズ８に入射する。ここで、入力装置本体１の内側から基板６までのスペースの関係で、集光レンズ１１と第２の結像レンズの有効径は、ほぼ同じであるため、集光レンズ１１から第２の結像レンズ８への光の入射状態は、平行光か、もしくは収束光である。
【００６０】次に、前期第３の実施の形態と、この第４の実施の形態の集光レンズ１１の作用の違いを、図４（ｄ）　と図４（ｅ）の読み取りと照明の光学系の要素部品のみと光路を説明した図により説明する。図４（ｄ）に示す第３の実施の形態の場合は、光源１０からの光は、集光レンズ１１で集光されて、集光レンズ１１を出射後、この場合は、ペン先へ除々に集光していく。図４（ｄ）に示すように第２の結像レンズ８に入射する瞳の径はＤ３となる。また、読み取り面３上で集束させるには、第２の結像レンズは、当然結像レンズであるため、第２の結像レンズへの光の入射は、これも当然発散状態でなければならない。すなわち、図４（ｄ）に示すように、第２の結像レンズ８に入射する光束の見張る角度は、センサー４の光軸上の像点から、第２の結像レンズの有効瞳を見張る角度θでなければならない。しかし、上記、第３の実施の形態の場合は、集光レンズ１１を出射後は、ペン先へ除々に集光しているため、読み取り面３より光源側の集束ポイントａで集束することになる。この集束後は、当然発散状態となる。そのため、読み取り面３上での照度は、第２の結像レンズを出射の瞳の径が同じならば、当然読み取り面３上で集束した場合に比較すると落ちることになる。
【００６１】また、第４の実施の形態の場合は、図４（ｅ）に示すように、光源１０からの光は集光レンズ１１で集光され、第２の結像レンズ８の光源側の集束ポイントｂで一度集束した後に発散して第２の結像レンズ８に入射する。この時に第２の結像レンズ８に入射する瞳の径はＤ４となる。ここで、この瞳の径Ｄ４を決定する第２の結像レンズ８に入射する光束の見張る角度θ１とする。一方、読み取り面３の像をセンサー４上に結像するためには、光源１０からの光が読み取り面３で反射して、再び第１の結像レンズ７を透過した後、第２の結像レンズ８を透過し、次に、ハーフミラー９ｂで反射して、センサー４上に集光して結像する。この第２の結像レンズ８を出射する角度θ２とし、前記光源１０から集光レンズ１１の作用で一度集束して、次に発散して第２の結像レンズ８に入射する光束の見張る角度θ１とは、集光レンズ１１の焦点距離を適宜選べば同じにすることができる。従って、第２の結像レンズ８に入射する瞳の径は、第２の結像レンズ８の有効径まで最大化できることになる。また、読み取り面３上で光源１０からの光は、集束することになるため、照度は最も高くなる。
【００６２】一方、第３の実施の形態の場合を、図４（ｄ）により再度をまとめると、光源１０からの光は、集光レンズ１１の作用で集光され、集光レンズ１１を出射後は、第２の結像レンズへの光の入射状態は、前述したように平行光か、収束光である。第２の結像レンズ８へ入射する瞳の径Ｄ３は、その有効径までしか最大化はできない。従って、第２の結像レンズ８への入射の瞳は、第４の実施の形態のＤ４と同じか、もしくは小さいことになる。仮に、Ｄ４と同じ最大径であったとしても、前述のように、読み取り面３より光源側の集束ポイントａで集束するため、この集束後は当然発散状態となり読み取り面３上を照明する。
【００６３】以上より、第３の形態は読み取り面３上を光は発散状態で照明するし、第２の結像レンズ８を出射する瞳の径も第４の形態の場合と同じか、むしろ小さいため、これらの理由から第４の形態の場合よりも、読み取り面３上での照度は、小さくなる。一方、第４の形態の場合は、前述したように、集光レンズ１１の焦点距離を最適にすれば、第２の結像レンズ８の出射瞳の径を最大化することもできるし、読み取り面３上で集束することもできるため、最も効率的に光源の光を取り込めることができる。
【００６４】次に、この第４の実施の形態の光源１０の位置は、集光レンズ１１による光の集束位置が第２の結像レンズ８より光源側にあるため、第３の実施の形態の場合よりもペン先からは遠くなる。従って、これら第３と第４の実施の形態の使い分けは、光源１０の光量が充分にある場合は、第３の実施の形態の構成とすれば良い。これにより、ペン先から光源１０までの寸法が第４の実施の形態よりも短くなり、長手方向の小形化につながる。一方、入力装置本体１の長手方向の寸法が充分ある場合は、第４の実施の形態の構成として光源の光を効率よく取り入れることで、光源１０の光量の少ないものを使用でき、コストダウンに寄与できる。このように小形化するか、コストダウンするかの使い分けで、適宜、第３の実施の形態の構成にするか、第４の実施の形態の構成にするかを使い分けることができる。
【００６５】但し、前記光源１０からの光の集束位置は、センサー４の読み取り性能上、センサー４が受光する光量に支障のない範囲であるならセンサー４と等価位置で集束しなくてもかまわない。つまり、前記Ｌ１寸法とＬ２寸法をずらすと言うことであり、その分読み取り面３上の集光性は劣るが、読み取り面３上での照明範囲が広がるため、光源１０、集光レンズ１１、第２の結像レンズ８と第１の結像レンズ７の光軸ずれを生じても、読み取り面の照明の確実性は向上する。
【００６６】ここで、この第４の実施の形態についても、第１の実施の形態と同様に、ペン先部２内の詳細な構造や、このペン先部２が着脱交換可能な構造であること、また、光源１０に傾斜スイッチ２７を接続していること、そして、その効果についても同じであるため説明は省略する。また、入力装置本体１の長手方向の一部に、親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部２８を設けているが、その効果についても第１の実施の形態と同じであるし、また、入力装置本体１の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９を引き出している構造と、その効果についても第１の実施の形態と同じであるため説明は省略する。
【００６７】次に、この第４の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の読み取り動作について説明する。この読み取り動作については、読み取り面３の光源１０からの照明が、第３の実施の形態の場合と異なるだけである。前述したように、つまり、光源１０であるＬＥＤからの光は、集光レンズ１１を透過した後、第２の結像レンズの光源１０側であり、結像光学系（第１の結像レンズと第２の結像レンズからなる光学系）の像側であるセンサー位置と等価位置である、図４（ｅ）の集束ポイントｂで一度集束する。その後光は発散して、ハーフミラー９ｂを透過し、次に第２の結像レンズ８、第１の結像レンズ７を透過して、読み取り面３上で集束されて、読み取り面３を照明する。その後は、第１、第２、第３の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置同様に、読み取り面３を照明した光は、読み取り面３で反射して再び第１の結像レンズ７戻り、次に第２の結像レンズを透過後、ハーフミラー９ｂで反射されてセンサー４上に読み取り面３の像となって導かれる。ここで入力装置本体１を人の指で持って操作して、センサーの出力信号が、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へと変換される過程は、第１の実施の形態と同じである。
【００６８】（第５の実施の形態）図５（ａ）は、第５の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図である。図５（ｂ）はその縦断面図である。図５（ｃ）　は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図５（ｄ）は、その外観図である。この第５の実施の形態は、前記第１、第２、第３、第４の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の入力装置本体１を包含し外殻となる筒体１３を設け、入力装置本体１は、この筒体１３内で軸方向前後に、後述する入力スイッチ１５のストロークに応じるだけ移動可能なように、筒体１３でガイドされている。ここで、図５（ａ）〜（ｃ）の入力装置本体１は、実施の形態４の場合である。また、入力装置本体１は、筒体１３内に構成された圧縮スプリング１４により筒体１３内でペン先側へ所定の圧力で押し圧されており、図示しない入力装置本体１と筒体１３のそれぞれの係止部で係止されている。入力装置本体１には基板６に実装された入力スイッチ１５を設けている。ペン先を読み取り面３へ当て、前記筒体１３を指で持ってペン先側へ圧縮スプリング１４の力以上で押圧したときに、前記筒体１３はペン先側へ移動し、入力スイッチ１５に当接する、前記筒体の当接部１３ａが前記筒体の移動により前記入力スイッチ１５をオンオフさせる構成としている。これにより、ペンを持ったままでスイッチ入力作業を行うことができる。
【００６９】その他の入力装置本体１内の読み取りを行うための光学系、センサー４とそのＩＣパッケージ５、照明のための光学系などの構成についても、当然第１〜４の実施の形態のそれぞれの構成が適用できる。従って、読み取り動作についても、入力装置本体１内の構成が、第１〜４の実施の形態のそれぞれと同じならば、当然同じ動作となるため説明は省略する。
【００７０】ここで、この第５の実施の形態についても、第１の実施の形態と同様に、ペン先部２内の詳細な構造や、このペン先部２が着脱交換可能な構造であること、また、光源１０に傾斜スイッチ２７を接続していること、そして、その効果についても同じであるため説明は省略する。また、入力装置本体１の長手方向の一部に、親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部２８を設けているが、その効果についても第１の実施の形態と同じであるし、また、入力装置本体１の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９を引き出している構造と、その効果についても第１の実施の形態と同じであるため説明は省略する。
【００７１】（第６の実施の形態）図６（ａ）は、第６の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図である。図６（ｂ）は、その縦断面図である。図６（ｃ）　は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６（ｄ）は、その外観図である。図６（ｅ）は、この第６の実施の形態であるペン型のコンピューター入力装置を手で操作している図である。また、図６（ｆ）は、ペン先部の部分断面図である。まず全体の構成について説明する。１はペン型のコンピューター入力装置本体であり、２はそのペン先部、３は、ペン先部２を接触させて、入力装置本体１との相対的な移動を読み取るためのマウスパッド等の面である。この入力装置本体１の先端部のペン先部２には、入力装置本体１をマウスパッド３に押し当てて操作した場合に、入力装置本体１とマウスパッドが相対的な移動な行い、マウスパッド３の面上を回転移動する球体２０がペン先部２内で自由に転動可能に収納されている。次に、この球体２０に接した中間球体２１を球体２０と同様にペン先部２内で転動可能なように設け、前記球体の回転に伴い中間球体２１も回転運動を行う。４は、この中間球体２１の回転方向や回転量を光学的に読み取るセンサー４であり、ここでは、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）の米国特許ＵＳ６，２８１，８８２に記載のような２次元のイメージセンサーが用いられている。このセンサー４のイメージ出力信号がデータ処理されてＸ方向とＹ方向の移動量の出力データとなりコンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号となる。
【００７２】次に、この第６の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の構造を詳細に説明する。この中間球体の回転方向とその回転量をセンサー４に検知させるために中間球体２１とセンサー４の間には、中間球体２１上の像をセンサー４上に結像させる結像レンズ８ｂと反射ミラー９が配置されている。１０は、このセンサー４の読み取り面である中間球体２１上を照明する光源である。この光源１０の光は、集光レンズ１１により、センサー４の読み取り面である中間球体２１上で集光され、中間球体２１を照明する。この光源１０は、通常大きさと出力の関係からＬＥＤが用いられ、集光レンズ１１と一対の構成となっており、第１の実施の形態の場合と同様に、反射ミラー９から結像レンズ８ｂ、中間球体２１を結ぶ光軸の両側に２対配置されている。但し、センサー４の読み取り性能上、センサーが受光する光量に支障ない範囲であるなら反射ミラーの片側に１対の光源１０と集光レンズ１１の配置でもかまわない。次に、この光源１０で照明された光は中間球体２１上で反射して結像レンズ８ｂを透過して、反射ミラー９で反射してセンサー４上に導かれる。
【００７３】更に、前記センサー４が実装されるＩＣパッケージ５の面を、ペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置されている。６はＩＣパッケージ５が実装される基板であり、自ずと、この基板６も同様にペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置されている。このセンサー４のＩＣパッケージ５以外に、センサー４が読み取ったイメージ出力信号を、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へとデータ処理する信号処理ＩＣや回路部品も、この基板６に実装されている。
【００７４】このように、概略すれば、この第６の実施の形態は、ペン先部２に球体２０と中間球体２１を設けることと、反射ミラー９を設け、結像レンズ８ｂの焦点距離を、図１２（ａ）に示す第１の従来例より長くすることにより、センサー４のＩＣパッケージ５をペン先から遠方にすることが可能となり、ペン先の円錐形状の角度を小さくすることができる。従って、ペン先が入力作業者から見え易くなり、図形の入力やトレースが行い易くなる。これらの構成にしたことと、少なくとも、センサー４が実装されるＩＣパッケージ５の面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置したことで、図６（ｃ）の断面図から分かるように、入力装置本体１の内径はＩＣパッケージ５の１辺の長さより少し大きい程度に収まる。一方、従来の第１の実施例の構成でペン型のコンピューター入力装置にした図１４（ａ）〜図１４（ｄ）の場合は、センサー４が実装されるＩＣパッケージ５の面を第１の結像レンズ７、第２の結像レンズ８、反射ミラー９を結ぶ光軸と垂直に配置しているため、ＩＣパッケージ５を長方形から正方形に小形化したとしても、入力装置本体１の内径は、図１４（ｃ）から分かるように、１辺の長さの√２倍以上になる。この比較からも、ＩＣパッケージ５の面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置したことで、ペン軸本体が太くなると言う問題を解決することができる。
【００７５】次に、更に詳細な構造について説明する前に、この第６の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の読み取り動作について説明する。読み取りの原理そのものは、図１２（ａ）の米国特許ＵＳ６，２８１，８８２に記載のコンピューター入力装置と同じである。光源１０であるＬＥＤからの光は、集光レンズ１１で中間球体２１の表面上で集光され中間球体２１の表面を照明する。その後、照明された光は、中間球体２１の面で反射して結像レンズ８ｂに戻り、次に反射ミラー９で反射されてセンサー４上に中間球体２１の表面の像となって導かれる。ここで入力装置本体１を人の指で持って、ペン先をマウスパッド３に押し当てて、マウスパッド３の上を相対的に移動させると、球体２０は回転運動を行い、それにつれて中間球体２１も回転運動を行う。センサー４は２次元のイメージセンサーであり一定の周期で、中間球体２１の表面の連続画像を撮り、各画像の変化を記録していく。その変化量は信号処理ＩＣでＸ方向とＹ方向の各座標それぞれの移動量に変換されて、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へと変換される。
【００７６】次に、ペン先部２の更に詳細な構造について図６（ｆ）により説明する。マウスパッド３の面上を回転移動する球体２０は転動可能なように、ホルダー２７内に設けられているが、このホルダー１９のペン先側のボール保持部１９ｂの内側には球体２０よりも小径の複数のボール２２が球体に接するように環状に納められており、球体２０を円滑に転動させるように配置されている。このホルダー１９の外周には、ホルダー２７を中間球体２１側に圧接するように圧縮スプリング２５が設けられており、この圧縮スプリング２５のペン先側はペン先のケース１２の内側のスプリング受け座１２ｂに当接し、反対側はホルダーのつば部１９ａに当接している。これにより、球体２０は常に安定した圧縮スプリング２５の力で中間球体２１側に押し圧され、中間球体２１と小径の複数のボール２２に支持されて、ホルダー１９内で自由に転動可能となる。また、中間球体２１の前記球体２０とは反対側には中間球体２１に当接するように中間球体２１よりも小径の複数のボール２３が環状に配置されており、この複数のボール２３はペン先のケース１２内側の円環状のリング２６にも当接している。このように、この中間球体２１は、前記球体２０が圧縮スプリング２５により、中間球体２１側に押し圧されているため、自ずと中間球体２１も、前記環状に配置されたボール２３に押し圧される。従って、中間球体２１は前記環状に配置されたボール２３と球体２０とで支持されて、ペン先部２内で自由に転動可能となる。
【００７７】更に、ペン先部２の構造について説明する。前記したようにペン型のコンピューター入力装置本体１のペン先部２には、球体２０と中間球体２１、環状に配置されたボール２２と２３、また、球体２０のホルダー１９、圧縮スプリング２５が配置されており、これらの部品でペン先部２を構成している。このペン先部２のケース１２の入力装置本体１側には図１（ａ）の場合では雄ネジ１２ａ切られており、その相手側である入力装置本体１の端部には雌ネジ１ａが切られている。使用時はこのケース１２の雄ネジ１２ａと入力装置本体１の雌ネジ１ａは螺合してネジ結合されている。ここで、このペン型のコンピューター入力装置が長期間使用していると、マウスパッド上のゴミなどが球体に付着してペン先部２内に進入して球体２０及び中間球体２１の円滑な回転を阻害する可能性がある。このような場合はペン先部２を交換するか、もしくは掃除する必要がある。この場合上記のような構造であればペン先部２が入力装置本体１から着脱交換可能であるので、速やかにペン先部２を外して掃除をするか、もしくは新品に交換して性能を回復することができる。このペン先部２と入力装置本体１の結合は、前記のようなネジ結合以外に凹凸の組み合わせのスナップフィットのような結合でもかまわない。
【００７８】ここで、前記第１〜５の実施の形態と、この第６の実施の形態の構成の違いは、これまで、説明したとおりであるが、概略すれば、第１〜５の実施の形態のペン先部２の先端には、第１の結像レンズを配置して、直接マウスパッド等の読み取り面３を光学的に読み取り、入力装置本体１とマウスパッド３の相対的移動をコンピューターのカーソルの移動出力信号へ変換する。一方、この第６の実施の形態の場合は、マウスパッドなどの面上を転動する球体２０が配置されており、この球体２０につれ廻りする中間球体２１の回転を光学的に読み取ることで、入力装置本体１とマウスパッド３の相対的移動を間接的に読み取り、コンピューターのカーソルの移動出力信号へ変換する点が主な違いである。
【００７９】この違いを、更に操作性と言う意味で説明すると、第１〜５の実施の形態の場合は、マウスパッドなどの読み取り面３上をペン先部２の第１の結像レンズが滑り摩擦で摺動することになる。一方、この第６の実施の形態の場合は、ペン先部２内の球体２０が転動可能であるため、転がり摩擦で動くことになり、第１〜５の実施の形態の場合に比較して、滑らかな操作となるメリットがある。しかし、この第６の実施の形態の場合は、ペン先部２内に、球体２０、中間球体２１、ボール２２と２３など、第１〜５の実施の形態の場合に比較して、構成が複雑で、部品点数も多くなるためコストアップになると言うデメリットがある。従って、ユーザーの求める仕様により、第１〜５の実施の形態か、この第６の実施の形態かを使い分けることができる。
【００８０】更に、図６（ｄ）と６図１（ｅ）に示すように、第１の実施の形態と同様に、入力装置本体１の長手方向の一部に、親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部２８を設けている。これにより、必要以上に入力装置本体１が傾くことを防止できる。従って、持ち方によっては角度が傾きペン先のケース１９のボール保持部１９ｂの周囲が、マウスパッド３の面上に接触し、球体２０が円滑に回転しないという問題を解決するものである。また、入力装置本体１の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９を引き出している構造とその効果についても第１の実施の形態と同じであるため説明は省略する。
【００８１】（第７の実施の形態）図７（ａ）は、第７の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図である。図７（ｂ）はその縦断面図である。図７（ｃ）　は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この第７の実施の形態は、前記第１の実施の形態を第２の実施の形態に移行した構成を、前記第６の実施の形態に適用したものである。この第７の実施の形態は、前記図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示す第６の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の集光レンズ１１と中間球体２１の間に、光導波路である光ファイバー３０を配置した構成としている。前記第６の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の場合、一対の光源１０と集光レンズ１１は、反射ミラー９から結像レンズ８ｂ、中間球体２１を結ぶ光軸の両側に２対配置されている。この２個の光源から中間球体２１へ入射する角度は、入力装置本体１の内径に左右されるため、ペン型であると言うこともあって更に小形化を求めると、自ずと、前記中間球体２１への入射角は決まってくる。このため、光源１０と集光レンズ１１を入力装置本体１の内径に自由度が高く配置する手段が求められ、前記したように、図７（ｂ）に示すように、この第７の実施の形態では、第２集光レンズ１１ｂと中間球体２１の間に、光導波路である光ファイバー３０を配置した構成としている。このため、第２の集光レンズ１１ｂから中間球体２１までの光軸を曲げることが可能となり、光源１０と、後述する第１の集光レンズ１１ａと、第２の集光レンズ１１ｂの配置の自由度を高くすることができ、小形化に寄与しながら入力装置本体１の内径に収納することが可能となる。
【００８２】次に、この第７の実施の形態の集光レンズは、第１の集光レンズ１１ａと第２の集光レンズ１１ｂから構成されており、第１の集光レンズ１１ａは、光源１０の光を集光して、第２の集光レンズ１１ｂまでの間に１度光を集束させて、第２の集光レンズへ１１ｂへ導いている。第２の集光レンズ１１ｂは、その光を受けて光ファイバー３０へ射出するが、その時点では平行光となって光ファイバー３０へ導いている。
【００８３】ここで、この第７の実施の形態についても、第６の実施の形態と同様に、ペン先部２内の詳細な構造や、このペン先部２が着脱交換可能な構造であり、その効果についても同じであるため説明は省略する。また、入力装置本体１の長手方向の一部に、親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部２８を設けているが、その効果についても第１の実施の形態と同じであるし、また、入力装置本体１の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９を引き出している構造とその効果についても第６の実施の形態と同じであるため説明は省略する。
【００８４】次に、この第７の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の読み取り動作について説明する。読み取り動作そのものは、第６の実施の形態と以下に説明する読み取り面である中間球体２１の照明の構成が異なる以外は同じである。つまり、光源１０であるＬＥＤからの光は、第１の集光レンズ１１ａで集光された後、第２の集光レンズ１１までの間に１度光は集束して、第２の集光レンズ１１ｂへ導かれる。第２の集光レンズ１１ｂは、その光を受けて光ファイバー３０へ射出するが、その時点では平行光となって光ファイバー３０の端面へ導いている。その後、照明された光は、中間球体２１の面で反射して、結像レンズ８ｂに戻り透過後、反射ミラー９で反射されてセンサー４上に中間球体２１の表面の像となって導かれる。ここで入力装置本体１を人の指で持って操作して、センサーの出力信号が、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へと変換される過程は、第６の実施の形態と同じである。
【００８５】（第８の実施の形態）図８（ａ）は、第８の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図である。図８（ｂ）はその縦断面図である。図８（ｃ）　は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この第８の実施の形態は、前記第１の実施の形態を第３の実施の形態に移行した構成を、前記第６の実施の形態に適用したものである。すなわち、図６（ａ）に示す第６の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の反射ミラー９をハーフミラー９ｂとし、光源１０からの光は集光レンズ１１で集光された後、ハーフミラー９ｂを透過し、更に、結像レンズ８ｂを透過し、センサー４の読み取り面である中間球体２１上で集光して中間球体２１を照明するように構成したものである。これにより前記第６の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の場合、一対の光源１０と集光レンズ１１は、反射ミラー９から第１の結像レンズ７を結ぶ光軸の両側に２対配置されているが、この第８の実施の形態の場合は、光源１０、集光レンズ１１、ハーフミラー９ｂ、結像レンズ８ｂが１直線上に並ぶため、ハーフミラー周り９ｂの構成を更に簡素化できる。従って、小形化に寄与できる構成となる。
【００８６】ここで、第６の実施の形態と第８の実施の形態のセンサー４へ入射する光量と言う意味で比較するが、この比較の説明は、第３の実施の形態の説明で、第１の実施の形態と第３の実施の形態の光量の比較と同じであるので、詳細な説明は省略するが、光源１０からセンサー４へ光が到達する際にハーフミラーにて１度の透過と、１度の反射を行うため、ハーフミラー９ｂの影響を考えただけでも、第８の実施の形態の場合、第６の実施の形態に比較して、１／２×１／２＝１／４の光量となる。しかし、前記したように、第８の実施の形態の場合、光源１０から結像レンズまでを一直線に配置することが可能であるため、光源１０は、入力装置本体１の中心軸である中央に配置することができる。そのため、第６の実施の形態よりも、第８の実施の形態の光源の大きさは大きなものを使用することができる。すなわち、第６の実施の形態の光源１０に比較して、第８の実施の形態の光源１０の方が、光量的により明るい光源を使用することができる。従って、入力装置内部の構成する他の部品との寸法と配置の関係で、第６の実施の形態と第８の実施の形態を使い分けることができる。
【００８７】ここで、この第８の実施の形態についても、第６の実施の形態と同様に、ペン先部２内の詳細な構造や、このペン先部２が着脱交換可能な構造であり、その効果についても同じであるため説明は省略する。また、入力装置本体１の長手方向の一部に、親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部２８を設けているが、その効果についても第６の実施の形態と同じであるし、また、入力装置本体１の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブルを引き出している構造とその効果についても第６の実施の形態と同じであるため説明は省略する。
【００８８】次に、この第８の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の読み取り動作について説明する。この読み取り動作については、センサー４の読み取り面である中間球体２１の光源１０からの照明が、第５の実施の形態の場合と異なるだけである。光源１０であるＬＥＤからの光は、集光レンズ１１で集光された後、ハーフミラー９ｂを透過し、更に、結像レンズ８ｂを透過し、センサー４の読み取り面である中間球体２１を照明する。その後、第５の実施の形態と同様に、読み取り面である中間球体２１を照明した光は、中間球体２１で反射して再び結像レンズ８ｂに戻り透過し、次にハーフミラー９ｂで反射されてセンサー４上に中間球体２１の面の像となって導かれる。ここで入力装置本体１を人の指で持って操作して、センサーの出力信号が、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へと変換される過程は、第６の実施の形態と同じである。
【００８９】（第９の実施の形態）図９（ａ）は、第９の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図である。図９（ｂ）はその縦断面図である。図９（ｃ）　は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この第９の実施の形態は、前記第１の実施の形態を第４の実施の形態に移行した構成を、前記第６の実施の形態に適用したものである。更に、この第９の実施の形態は、前記図８（ａ）、図８（ｂ）に示す第８の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置との違いを説明する。この第９の実施の形態の場合も、前記第８の実施の形態と同様にハーフミラー９ｂを用いた構成であるが、以下に説明するように、光源１０から結像レンズ８ｂまでの光束の変化が異なる。つまり、この第９の実施の形態の場合、光源からの光は集光レンズ１１により集光された後、一度集束されるが、その集束位置は、結像レンズ８ｂの光源側であって、結像レンズ８ｂの像側であるセンサー４の位置と等価位置で集束した構成としている。図８（ｅ）で説明すれば、つまりハーフミラー９ｂからセンサー４までの距離Ｌ１と、ハーフミラー９ｂから集光レンズ１１による集束位置までの距離Ｌ２を同じ距離とした構成である。次に、光源１０からの光は前記等価位置で集束後、ハーフミラー９ｂを透過し、更に結像レンズ８ｂを透過して読み取り面である中間球体２１上で集光して中間球体２１を照明するように構成されている。
【００９０】前記第８の実施の形態と、この第９の実施の形態の集光レンズ１１の作用の違いについての説明であるが、図９（ｄ）は第８の実施の形態の読み取りと照明の光学系の要素部品のみと光路を説明した図であり、同様に、図９（ｅ）は第９の実施の形態の場合の読み取りと照明の光学系の要素部品のみと光路を説明した図である。この作用の違いは、前記図４（ｄ）　と図４（ｅ）で説明した場合と結像レンズ８ｂを透過するまでは同じで、効果も同じであるため、ここでは説明を省略する。これにより、第４の実施の形態の方が、第３の実施の形態より光源１０の光を効率良く取り入れることができたと同様に、この第９の実施の形態の方が、第８の実施の形態より光源１０の光を効率良く取り入れることが可能となる。
【００９１】ここで、この第９の実施の形態の光源１０の位置は、集光レンズ１１による光の集束位置が第２の結像レンズ８より光源側にあるため、第８の実施の形態の場合よりも、ペン先からは遠くなる。従って、これら第８と第９の実施の形態の使い分けは、光源１０の光量が充分にある場合は、第８の実施の形態の構成とし、ペン先から光源１０までの寸法を第４の実施の形態よりも短くして、長手方向の小形化に寄与する。次に入力装置本体１の長手方向の寸法が充分ある場合は、第９の実施の形態の構成として光源の光を効率よく取り入れることで、光源１０の光量の少ないものを使用でき、コストダウンに寄与できる。このように小形化するか、コストダウンするかの使い分けで、適宜、第３の実施の形態の構成にするか、第９の実施の形態にするかを使い分けることができる。
【００９２】但し、光源１０からの光の集光位置は、センサー４の読み取り性能上、センサーが受光する光量に支障のない範囲であるならセンサーと等価位置で集光しなくてもかまわない。つまり、前記Ｌ１寸法とＬ２寸法をずらすと言うことであり、その分読み取り面　上の集光性は劣るが、読み取り面３上での照明範囲が広がるため、光源１０、集光レンズ１１、結像レンズ８ｂが光軸ずれを生じても、読み取り面の照明の確実性は向上する。
【００９３】ここで、この第９の実施の形態についても、第６の実施の形態と同様に、ペン先部２内の詳細な構造や、このペン先部２が着脱交換可能な構造であり、その効果についても同じであるため説明は省略する。また、入力装置本体１の長手方向の一部に、親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部２８を設けているが、その効果についても第５の実施の形態と同じであるし、また、入力装置本体１の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９を引き出している構造とその効果についても第６の実施の形態と同じであるため説明は省略する。
【００９４】次に、この第９の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の読み取り動作について説明する。この読み取り動作については、センサー４の読み取り面である中間球体２１の光源１０からの照明が第８の実施の形態の場合と異なるだけである。つまり、光源１０であるＬＥＤからの光は、集光レンズ１１を透過した後、結像レンズ８ｂの光源側であり、結像レンズ８ｂの像側であるセンサー４の位置と等価位置で一度集光した後発散して、ハーフミラー８ｂを透過し、結像レンズ８ｂで読み取り面である中間球体２１上で集光されて、中間球体２１を照明する。その後は、第５の実施の形態と第６の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置同様に、中間球体２１を照明した光は、中間球体２１で反射して再び結像レンズ８ｂに戻り、次にハーフミラー９ｂで反射されてセンサー４上に中間球体２１の面の像となって導かれる。ここで入力装置本体１を人の指で持って操作して、センサー４の出力信号が、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へと変換される過程は、第６の実施の形態と同じである。
【００９５】（第１０の実施の形態）図１０（ａ）は、第１０の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図である。図１０（ｂ）はその縦断面図である。図１０（ｃ）　は、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この第１０の実施の形態は、前記第１の実施の形態を第５の実施の形態に移行した構成を、前記第６の実施の形態に適用したものである。この第１０の実施の形態は、前記第６、第７、第８、第９の実施の形態のペン型のコンピューター入力装置の入力装置本体１を包含し、外殻となる筒体１３を設け、入力装置本体１は、この筒体１３内で軸方向前後に、後述する入力スイッチ１５のストロークに応じるだけ移動可能なように、筒体１３でガイドされている。ここで、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）の入力装置本体１は、実施の形態９の場合である。また、入力装置本体１は筒体１３内に構成された圧縮スプリング１４により筒体１３内でペン先側へ所定の圧力で押し圧されており、図示しない入力装置本体１と筒体１３のそれぞれの係止部で係止されている。入力装置本体１には基板６に実装された入力スイッチ１５を設けている。ペン先を読み取り面３へ当て、前記筒体１３を指で持ってペン先側へ圧縮スプリング１４の力以上で押圧したときに、前記筒体１３は、ペン先側へ移動し、入力スイッチ１５に当接する、前記筒体の当接部１３ａが前記筒体の移動により前記入力スイッチ１５をオンオフさせる構成としている。これにより、ペンを持ったままでスイッチ入力作業を行うことができる。
【００９６】その他の入力装置本体１内の読み取りを行うための、球体２０、中間球体２１、光学系、センサー４とそのＩＣパッケージ５、照明のための光学系の構成についても、当然第６〜９の実施の形態のそれぞれの構成が適用できる。従って、読み取り動作についても、入力装置本体１内の構成が、第６〜９の実施の形態のそれぞれと同じならば、当然同じ動作となるため説明は、省略する。
【００９７】ここで、この第１０の実施の形態についても、第６の実施の形態と同様に、ペン先部２内の詳細な構造や、このペン先部２が着脱交換可能な構造であり、その効果についても同じであるため説明は省略する。また、外殻の筒体１３の長手方向の一部に、親指と人指し指と中指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットするような凸部２８を設けているが、その効果についても第６の実施の形態と同様であるし、また、外殻の筒体１３の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブル２９を引き出している構造と、その効果についても第６の実施の形態と同じであるため説明は省略する。
【００９８】（第１１の実施の形態）図１１（ａ）は、第１１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の制御回路のブロック図である。図１１（ｂ）は、その外観図である。この第１１の実施の形態は、そもそも、カーソルの移動出力信号を得るためのセンサーは２次元のイメージセンサーを用いているためデーター処理を変えることで、パーソナルコンピューターのインターフェイス６４へデジタルのイメージ出力信号を出力して、ハンディースキャナーあるいは、バーコードリーダーと同じ機能を持ったイメージ入力を可能にしようとするものである。ここで、入力装置そのものは、前記実施の形態１〜５のペン先に、第１の結像レンズ７を配置して、マウスパッドなどの読み取り面３を直接光学的に読み取るタイプのものを使用する。
【００９９】次に、図１１（ａ）により、カーソルの移動出力信号を出力する場合と、イメージ出力信号を出力する場合の切り換えについて説明する。通常の状態では、カーソルの移動出力信号がパソコンとのインターフェイス６４から出力されるようになっている。カーソルの移動出力信号を出力するには、前記第１の実施の形態でも説明したように、一定の周期でマウスパッドなどの読み取り面３の表面の連続画像を撮り、各画像の変化を記録していく。その変化量は、Ｘ方向とＹ方向の各座標それぞれの移動量に変換されて、コンピューターのモニター上のカーソルの移動出力信号へと変換され、パーソナルコンピューターとのインターフェイス６４へ出力される。これらの一連のデーター処理は、移動出力信号処理部で行われる。
【０１００】次に、パーソナルコンピューターとのインターフェイス６４へデジタルのイメージ出力信号を出力するには、図１１（ｃ）の出力切換えスイッチＳＷを押すと、カーソルの移動出力信号からイメージ出力信号へと切り換わるようになっている。詳細に説明すると、前記出力切り換えスイッチＳＷを押すと、図１１（ａ）のスイッチＳＷ１が閉じ、これにより、センサー４からのアナログのイメージ出力信号の出力先はイメージ信号伝送部６２側へも送られる。また、同時にＳＷ２が閉じることにより、移動出力信号処理部６１からイメージ信号伝送部６２への回路がつながることになる。この機能については次の動作の説明で説明する。ここで、切換えスイッチＳＷ３も前記２つのスイッチと連動して動作し、前記２つのスイッチと同じように、イメージ信号伝送部６２からコンピューターとのインターフェイス６４へイメージ信号が送られる動作モードの時のみイメージ信号伝送部とインターフェイス６４の回路がつながり、その時、移動出力信号処理部６１からインターフェイスの回路は切れている構成となっている。通常は、移動出力信号処理部６１からインターフェイス６４へカーソルの移動出力信号が送られる。
【０１０１】以上の構成で、次ぎに動作の説明を行う。出力切換えスイッチＳＷを押さない状態、つまり通常のカーソルの移動出力信号がインターフェイス６４から出力される状態で、モニター上のアイコンを選択してイメージ入力のための解像度設定などの設定を行う。この設定が完了後、この出力切換えスイッチＳＷを押すとイメージ入力スタートの命令がインターフェイス６４を介してコンピューター側へ伝送される。同時に上記の構成で述べたように、出力切換えスイッチＳＷを押すと、基本的にセンサー４からのアナログのイメージ出力信号の出力先はイメージ信号伝送部６２側へ送られる。引き続き作業者がこの出力切換えスイッチＳＷを押したままで入力装置本体１を指で持って、Ｘ方向あるいは、Ｙ方向にイメージ入力のための走査を行うと、センサー４のアナログ信号はイメージ信号伝送部６２だけでなく、移動出力信号処理部６１にも送られているため、この移動出力信号処理部６１でＸ方向の走査か、Ｙ方向の走査かを自動判断する。ここで、この走査方向の判断が移動信号処理部６１で行われるが、この状態ではＳＷ２は閉じた状態であるため、その判断は、イメージ信号伝送部６２へ伝送することが可能である。このように、走査開始時の先頭データーによりＸ方向か、Ｙ方向かの判断を移動出力信号処理部６１で行うことで、コンピューターのモニター上のアイコンで走査方向を指定したりする必要がなくなる。
【０１０２】次に、たとえばＸ方向の走査を行ない、Ｘ方向の走査であると判断された場合は、センサー４は２次元のイメージセンサーであるので、Ｘ方向の走査の場合には、その直角方向、すなわちＹ方向の１次元のセンサーアレーを使用してＸ方向の走査を行う。但し、センサーのＸ方向のアレーは、Ｘ方向の移動量をカウントするために使用され、移動信号処理部６１で、そのカウントが行われる。
【０１０３】このように、Ｘ方向の走査をおこなった場合、Ｙ方向のセンサーアレーでイメージ信号を取り込み、Ｘ方向のセンサーアレーで移動量をカウントして、両方の出力信号のデーターをイメージ信号伝送部６２へ送り、またセンサー４からイメージ信号伝送部へ送られたアナログイメージ信号に後述する画像処理を行なった後、これらの信号が処理されてコンピューターとのインターフェイス６４を介してコンピューター側へ伝送し、コンピューターのモニター上でイメージを形成する。ここで、前記イメージ信号伝送部６２では、いわゆるビデオカメラやスキャナーのセンサーの信号処理と同じように、γ補正、輝度補正、Ａ／Ｄ変換などの画像処理が行われ、カラーイメージの場合は色補正が行われ、最終的にコンピューターのインターフェイス６４にデジタルのイメージ信号となって出力される。
【０１０４】以上の動作の要約を説明すると、上記前記解決手段の第１の発明のペン型のコンピューター入力装置において、センサーは２次元イメージセンサーを用い、パーソナルコンピューターへの移動出力信号処理部と、イメージ信号伝送部を設け、カーソルの移動出力信号から、イメージ出力信号への切換えスイッチを設けたことで、イメージ入力やバーコード入力が可能となる。
【０１０５】次に、上記イメージの入力可能なペン型の入力装置について説明を行ったが、更に付加的な機能について説明する。図１１（ｂ）はその制御回路のブロック図である。上記１１（ａ）の場合は、移動出力信号処理部６１は、走査開始時にＸ方向か、Ｙ方向かの判断を自動判断するために用いられた。しかし、このままでは、この入力装置で読み取り画像を走査して入力している間に、手持ちでペンの走査を行うが故に蛇行して行なうと、当然図１１（ｃ）のような蛇行したイメージとして出力される。この問題を解決するために図１１（ｂ）の場合は、イメージ信号ＸＹずれ補正部６３を設け、蛇行量を計算し、蛇行した量に応じた蛇行量補正信号をイメージ信号伝送部６２へ送り、イメージ信号伝送部６２で蛇行量を補正してインターフェイス６４へとイメージデータを出力する。たとえば、入力装置をＸ方向に走査した場合には、Ｙ方向への蛇行による走査ずれを補正し、Ｙ方向に走査した場合には、Ｘ方向への蛇行による走査ずれを補正する。結果的には、図１１（ｅ）のような直線性のある補正されたイメージとして出力される。
【０１０６】このイメージ信号伝送部６２での蛇行補正は、補正前のイメージ信号の取り込みと、イメージ信号ＸＹずれ補正部６３からの蛇行補正信号を同期させて、逐次リアルタイムに補正する方法と、もしくは、イメージ信号伝送部６２内に所定の容量のメモリーを内蔵させておき、補正前のイメージ信号とイメージ信号ＸＹずれ補正部６３からの蛇行補正信号をメモリーに取り込み、インターフェイス６４へ補正の演算を行いながらイメージデータを吐き出す方法がある。この補正処理により、蛇行を直線に補正処理を行うことができ、良好なイメージを得ることができる。なお、ここでは蛇行補正を、このペン型のコンピューター入力装置内の回路の移動出力信号処理部６１、イメージ信号伝送部６２、イメージ信号ＸＹずれ補正部６３の連携により行い、補正後のイメージ信号を出力したが、補正前のイメージ出力信号をイメージ信号伝送部６２からインターフェイス６４へ直接出力し、また、イメージ信号ＸＹずれ補正部６３からの補正信号もインターフェイス６４から直接出力して、コンピューター内で補正の演算処理を行う回路構成も考えられる。
【０１０７】
【発明の効果】
【０１０８】請求項１の発明によれば、ペン型のコンピューター入力装置本体と、この入力装置本体と読み取り面の相対的な移動方向と移動量を光学的に読み取るセンサーと、この入力装置本体の先端部に読み取り面上の像をセンサーに結像する第１の結像レンズを配置し、第１の結像レンズとセンサーの間に第２の結像レンズと反射ミラーを配置し、前記センサーが実装されるＩＣパッケージの面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置し、第１の結像レンズと第２の結像レンズでできる光学系の焦点距離を従来のものより長くすることにより、センサーのＩＣパッケージをペン先から遠方にすることが可能となり、ペン先の円錐形状の角度を小さくすることができる。従って、ペン先が入力作業者から見え易くなり、図形の入力やトレースが行い易くなる。また、ＩＣパッケージの面を、ペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置したことで、ペン軸本体が太くなると言う問題を解決することができる。
【０１０９】請求項２に記載の発明よれば、請求項１の発明において、この第２の実施の形態では集光レンズと第１の結像レンズの間に、光ファイバーなどの光導波路を配置した構成としている。このため、集光レンズから第１の結像レンズまでの光軸を曲げることが可能となり、光源と集光レンズの配置の自由度を高くすることができ、小形化が可能となる。
【０１１０】請求項３の発明によれば、請求項１に記載の発明において、反射ミラーをハーフミラーとし、光源からの光は１枚もしくは複数枚の集光レンズとハーフミラーを透過し、更に第２の結像レンズと第１の結像レンズを透過して読み取り面上を照明することで、光源、集光レンズ、ハーフミラー、第２の結像レンズ、第１の結像レンズが１直線上に並ぶため、ハーフミラー周りの構成を更に簡素化でき、従って、小形化に寄与できる構成となる。但し、反射ミラーをハーフミラーとしたことで、センサーが受光する光量は、ハーフミラーの影響を考えただけで１／４となるが、光源を入力装置本体の中心軸である中央に配置することができる。そのため、請求項１及び２の発明よりも大きな光源ものを使用できる。すなわち、光量的に、より明るい光源が使用できるため、入力装置内部の構成する他の部品との寸法と配置の関係で請求項１及び２の発明にするか、請求項３の発明にするかを使い分けることができる。
【０１１１】請求項４の発明によれば、請求項３に記載の発明において、光源からの光を集光レンズにより結像光学系の像側であるセンサー位置と等価位置で集束させることで光源の光を効率良く取り入れることが可能となる。但し、光源の位置は、集光レンズによる光の集束位置が第２の結像レンズより光源側にあるため、請求項３の発明よりも、ペン先からは遠くなる。従って、光源の光量が充分にある場合は、請求項３の発明の構成とし、長手方向の小形化し、入力装置本体の長手方向の寸法が充分ある場合は、この請求項４の発明の構成として光源の光を効率よく取り入れることで、光源の光量の少ないものを使用でき、コストダウンに寄与できる。このように小形化するか、コストダウンするかの使い分けで、適宜、請求項３の発明の構成にするか、請求項４の発明の構成にするかを使い分けることができる。
【０１１２】請求項５の発明によれば、請求項１〜４に記載の発明において、第１の結像レンズをケースに配置したペン先部を入力装置本体から着脱交換可能にしたことで、結像レンズが読み取り時に読み取り面と接触して、キズや磨耗が生じて読み取り性能が劣化しても簡単に交換ができる。
【０１１３】請求項６の発明によれば、請求項１〜５に記載の発明において、この入力装置内に傾斜スイッチを設け、入力装置が傾いた場合に光源の電源を切ることで、ペン型をしているが故に、不用意に人の目に向ける可能性があり、光量によっては人の目に害を及ぼす問題を解決することができる。
【０１１４】請求項７の発明によれば、ペン型のコンピューター入力装置本体の先端部に設けられて面上を回転移動する球体と、この球体に接した中間球体とを設け、この球体の回転に伴う中間球体の回転運動から回転方向や回転量のデータを光学的に読み取るセンサーと、この中間球体の回転方向とその回転量をセンサーに光学的に導く光軸上に結像レンズと反射ミラーを配置し、前記センサーが実装されるＩＣパッケージの面を、ペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置し、読み取り面である中間球体上を照明する光源を設け、この光源の光は集光レンズにより読み取り面上である中間球体上に集光され照明することで、以下の請求項１の発明の効果と同じく、センサーのＩＣパッケージをペン先から遠方にすることが可能となり、ペン先の円錐形状の角度を小さくすることができる。従って、ペン先が入力作業者から見え易くなり、図形の入力やトレースが行い易くなる。また、ＩＣパッケージの面をペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向に配置したことで、ペン軸本体が太くなると言う問題を解決するものである。しかし、この請求項７の発明は、ペン先部内に、球体、中間球体、ボールなど、請求項１〜５の発明に比較して、構成が複雑で、部品点数も多くなるためコストアップになると言うデメリットがあるが、ペン先部内の球体が転動可能であるため、転がり摩擦で動くことになり、請求項１〜５の発明に比較して、滑らかな操作となるメリットがある。従って、ユーザーの求める仕様により、請求項１〜５の発明か、この請求項７の発明かを使い分けることができる。
【０１１５】請求項８の発明によれば、請求項７に記載の発明において、１枚もしくは複数枚の集光レンズと中間球体の間に、光ファイバーなどの光導波路を配置した構成としている。このため、集光レンズから第１の結像レンズまでの光軸を曲げることが可能となり、光源と集光レンズの配置の自由度を高くすることができ、小形化が可能となる。
【０１１６】請求項９の発明によれば、請求項７の発明において、反射ミラーをハーフミラーとし、光源からの光は１枚もしくは複数枚の集光レンズとハーフミラーを透過し、更に第２の結像レンズと第１の結像レンズを透過して読み取り面上を照明することで、光源、集光レンズ、ハーフミラー、第２の結像レンズ、第１の結像レンズが１直線上に並ぶため、ハーフミラー周りの構成を更に簡素化でき、従って、小形化に寄与できる構成となる。但し、反射ミラーをハーフミラーとしたことで、センサーが受光する光量は、１／４となるが、光源を入力装置本体１の中心軸である中央に配置することができる。そのため、請求項７及び８の発明よりも大きな光源ものを使用できる。すなわち、光量的に、より明るい光源が使用できるため、入力装置内部の構成する他の部品との寸法と配置の関係で請求項７もしくは８の発明にするか、請求項９の発明にするかを使い分けることができる。
【０１１７】請求項１０の発明によれば、請求項９記載の発明において、光源からの光は集光レンズにより結像光学系の像側であるセンサー位置と等価位置で集束され、あるいは略等価位置で集束され、ハーフミラーを透過し、更に結像レンズを透過して読み取り面上である中間球体上に集光され照明することで、光源からの光を集光レンズにより結像光学系の像側であるセンサー位置と等価位置で集束させることで光源の光を効率良く取り入れることが可能となる。但し、光源の位置は、集光レンズによる光の集束位置が第２の結像レンズより光源側にあるため、請求項９の発明よりも、ペン先からは遠くなる。従って、光源の光量が充分にある場合は、請求項９の発明の構成とし、長手方向の小形化し、入力装置本体の長手方向の寸法が充分ある場合は、この請求項１０の発明の構成として光源の光を効率よく取り入れることで、光源の光量の少ないものを使用でき、コストダウンに寄与できる。このように小形化するか、コストダウンするかの使い分けで、適宜、請求項９の発明の構成にするか、請求項１０の発明の構成にするかを使い分けることができる。
【０１１８】請求項１１の発明によれば、請求項７〜１０に記載の発明において、面上を回転移動する球体を転動可能に包含したホルダーを設け、このホルダーを中間球体側に圧接するスプリングを設け、前記球体とは反対側に中間球体に当接するように環状に配置された中間球体よりも小径の複数のボールを設けたことで、球体と中間球体は円滑に回転し滑らかな入力作業を行うことができる。
【０１１９】請求項１２の発明によれば、請求項７〜１１に記載の発明において、面上を回転移動する球体と、この球体に接した中間球体とを転動可能として一体に構成したペン先部を入力装置本体から着脱交換可能にしたことで、球体と中間球体の表面や駆動周りに汚れが生じて回転が円滑にならなくなり読み取り性能が劣化しても簡単に交換ができる。
【０１２０】請求項１３の発明によれば、ペン型のコンピューター入力装置本体の長手方向の一部に、入力装置本体を指で持った場合に、親指と人指し指の股にフィットする凸部を設けたことで、必要以上に入力装置本体が傾くことを防止できる。親指と人指し指と中指で持った場合、持ち方によっては角度が傾き、請求項１〜６の場合は、ペン先部２の第１の結像レンズ７の先端が読み取り面から若干離れて焦点がずれ、読み取り性能に支障をきたす問題を解決するものである。また、入力装置本体１が、請求項７〜１２の場合は、ペン先のボール保持部の周囲がボールの移動する面上に接触し、充分にボールが円滑に回転しないという問題を解決するものである。
【０１２１】請求項１４の発明によれば、ペン型コンピューター入力装置本体の長手方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブルを引き出したことで、インターフェイスケーブルの柔軟性が充分でない場合にマウスの円滑な操作を阻害する問題を解決するものである。同様に前記解決手段の第１と第２としての発明のスイッチ入力可能なペン型のコンピューター入力装置において、外殻の筒体の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブルを引き出したことで、インターフェイスケーブルの柔軟性が充分でない場合にマウスの円滑な操作を阻害する問題を解決するものである。
【０１２２】請求項１５の発明によれば、ペン型のコンピューター入力装置の入力装置本体を包含し外殻となる筒体を設け、入力装置本体はこの筒体内で軸方向前後に所定量移動可能とし、入力装置本体はスプリングによりペン先側へ所定の圧力で押し圧され、入力装置本体あるいは筒体には入力スイッチを設け、ペン先を面へ当て、前記筒体をペン先側へ押圧したときに前記筒体はペン先側へ移動し、前記筒体あるいは入力装置本体の入力スイッチとの当接部が前記筒体の移動に連動して前記入力スイッチをオンオフさせることで、ペンを持ったままでスイッチ入力作業を行うことができる。
【０１２３】請求項１６の発明によれば、請求項１５に記載のペン型のコンピューター入力装置において、外殻の筒体の長手方向の一部に凸部を設けたことで、必要以上に入力装置本体が傾くことを防止できる。親指と人指し指と中指で持った場合、持ち方によっては角度が傾き、請求項１〜６の発明に請求項１５の発明を付加した場合は、ペン先部２の第１の結像レンズ７の先端が読み取り面から若干離れて焦点がずれ、読み取り性能に支障をきたす問題を解決することができる。請求項７〜１２の発明に請求項１４の発明を付加した場合は、ペン先のボール保持部の周囲がボールの移動する面上に接触し、充分にボールが円滑に回転しないという問題を解決することができる。
【０１２４】請求項１７の発明によれば、前記請求項１５記載のペン型コンピューター入力装置において、外殻の筒体の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブルを引き出したことで、インターフェイスケーブルの柔軟性が充分でない場合にマウスの円滑な操作を阻害する問題を解決するものである。同様に前記解決手段の第１と第２としての発明のスイッチ入力可能なペン型のコンピューター入力装置において、外殻の筒体の長手軸方向の側面からコンピューター本体に接続するインターフェイスケーブルを引き出したことで、インターフェイスケーブルの柔軟性が充分でない場合にマウスの円滑な操作を阻害する問題を解決することができる。
【０１２５】請求項１８の発明によれば、前記ペン型のコンピューター入力装置において、センサーは２次元イメージセンサーを用い、パーソナルコンピューターへのカーソルの移動出力信号処理部と、イメージ信号伝送部を設け、また、コンピューターとのインターフェイスへの信号であるカーソルの移動出力信号とイメージ出力信号の出力切換えスイッチを設けたことで、従来の光学マウスではできなかったイメージ入力やバーコード入力が、ペン型で読み取りイメージを見易いと言う特徴と合間って可能となる。また、走査開始時にＸ方向か、Ｙ方向かの判断を移動出力信号処理部で行うことで、コンピューターのモニター上のアイコンで走査方向を指定したりする必要がなくなり簡単なイメージ入力が可能となる。
【０１２６】請求項１９記載の発明によれば、ペン型のコンピューター入力装置によりイメージ入力を行う際に、入力装置をＸ方向に走査した場合には、Ｙ方向への蛇行による走査ずれを補正し、Ｙ方向に走査した場合には、Ｘ方向への蛇行による走査ずれを補正するためのイメージ信号ＸＹずれ補正部を設けたことで、ペンのイメージ入力走査が多少湾曲なり、蛇行があっても、走査しながら、その蛇行やゆがみを検知して、直線に補正処理を行うことができ、良好なイメージを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１（ａ）】第１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図
【図１（ｂ）】第１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の縦断面図
【図１（ｃ）】図１（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図１（ｄ）】第１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の外観図
【図１（ｅ）】第１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置を手で操作している図。
【図１（ｆ）】第１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置ペン先部の部分断面図
【図２（ａ）】第２の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図
【図２（ｂ）】第２の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の縦断面図
【図２（ｃ）】図２（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図３（ａ）】第３の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図
【図３（ｂ）】第３の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の縦断面図
【図３（ｃ）】図３（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図４（ａ）】第４の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図
【図４（ｂ）】第４の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の縦断面図
【図４（ｃ）】図４（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図４（ｄ）】第３の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の読み取りと照明の光学系を説明する図
【図４（ｅ）】第４の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の読み取りと照明の光学系を説明する図
【図５（ａ）】第５の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図
【図５（ｂ）】第５の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の縦断面図
【図５（ｃ）】図５（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図５（ｄ）】第５の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の外観図
【図６（ａ）】第６の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図
【図６（ｂ）】第６の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の縦断面図
【図６（ｃ）】図６（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図６（ｄ）】第６の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の外観図
【図６（ｅ）】第６の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置を手で操作している図。
【図６（ｆ）】第６の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置ペン先部の部分断面図
【図７（ａ）】第７の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図
【図７（ｂ）】第７の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の縦断面図
【図７（ｃ）】図７（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図８（ａ）】第８の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図
【図８（ｂ）】第８の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の縦断面図
【図８（ｃ）】図８（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図９（ａ）】第９の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図
【図９（ｂ）】第９の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の縦断面図
【図９（ｃ）】図９（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図９（ｄ）】第８の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の読み取りと照明の光学系を説明する図
【図９（ｅ）】第９の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の読み取りと照明の光学系を説明する図
【図１０（ａ）】第１０の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の断面図
【図１０（ｂ）】第１０の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の縦断面図
【図１０（ｃ）】図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図１１（ａ）】第１１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の制御回路のブロック図である。
【図１１（ｂ）】第１１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の、イメージ信号のＸＹずれ補正を行う場合の制御回路のブロック図である。
【図１１（ｃ）】第１１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の外観図
【図１１（ｄ）】第１１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の、イメージ信号のＸＹずれ補正なしで、ペンの走査を蛇行して行った場合のイメージ図である。
【図１１（ｅ）】第１１の実施の形態の発明のペン型のコンピューター入力装置の、イメージ信号のＸＹずれ補正ありで、ペンの走査を蛇行して行った場合の補正後のイメージ図である。
【図１２（ａ）】第１の従来例としての米国特許ＵＳ６，２８１，８８２に記載の光学式マウスの読み取り光学系の要素部品の側断面構成図である。
【図１２（ｂ）】第１の従来例の外観図
【図１２（ｃ）】第１の従来例の背面図
【図１２（ｄ）】第１の従来例の発明にもとづいて製品化された光学式マウスの側断面図である。
【図１３（ａ）】第２の従来例のペン型のコンピューター入力装置のペン先の要部断面図
【図１３（ｂ）】第２の従来例のペン型のコンピューター入力装置の外観図
【図１４（ａ）】第１の従来例をペン型のコンピューター入力装置に構成した例の断面図
【図１４（ｂ）】第１の従来例をペン型のコンピューター入力装置に構成した例の縦断面図
【図１４（ｃ）】第１の従来例をペン型のコンピューター入力装置に構成した例のＡ−Ａ断面図
【図１４（ｄ）】第１の従来例をペン型のコンピューター入力装置に構成した例の外観図
【図１５】従来のタブレット型の入力装置
【図１６】傾斜スイッチの断面図
【符号の説明】
ａ　　　集束ポイントａ
ｂ　　　集束ポイントｂ
ＳＷ　　　出力切換えスイッチ
ＳＷ１　　　スイッチ
ＳＷ２　　　スイッチ
ＳＷ３　　　切換えスイッチ
１　　　入力装置本体
１ａ　　雌ネジ
２　　　ペン先部
３　　　読み取り面（マウスパッド）
４　　　センサー
５　　　ＩＣパッケージ
６　　　基板
６ｂ　　基板
７　　　第１の結像レンズ
８　　　第２の結像レンズ
８ｂ　　結像レンズ
９　　　反射ミラー
９ｂ　　ハーフミラー
１０　　光源
１１　　集光レンズ
１１ａ　第１の集光レンズ
１１ｂ　第２の集光レンズ
１２　　ケース
１２ａ　雄ネジ
１２ｂ　スプリング受け座
１３　　筒体
１３ａ　当接部
１４　　圧縮スプリング
１５　　入力スイッチ
１９　　ホルダー
１９ａ　つば部
１９ｂ　ボール保持部
２０　　球体
２１　　中間球体
２２　　ボール
２３　　ボール
２５　　圧縮スプリング
２６　　リング
２７　　傾斜スイッチ
２８　　凸部
２９　　インターフェイスケーブル
３０　　光ファイバー
３１　　光学式マウス本体
３２　　窓
３３　　反射面
３４　　反射面
４１　　トラックボール
４２　　センサーユニット
４３　　アタッチメント
４４　　球体
４５　　嵌合凹部
４６　　嵌合凸部
５１　　ペン部
５２　　センサー部
６１　　移動出力信号処理部
６２　　イメージ信号伝送部
６３　　イメージ信号ＸＹずれ補正部
６４　　インターフェイス
７１　　接触端子Ａ
７２　　接触端子Ｂ
７３　　接触ボール大
７４　　接触ボール小
【図１（ａ）】
2004086462.tif 000003
【図１（ｂ）】
2004086462.tif 000004
【図１（ｃ）】
2004086462.tif 000005
【図１（ｄ）】
2004086462.tif 000006
【図１（ｅ）】
2004086462.tif 000007
【図１（ｆ）】
2004086462.tif 000008
【図２（ａ）】
2004086462.tif 000009
【図２（ｂ）】
2004086462.tif 000010
【図２（ｃ）】
2004086462.tif 000011
【図３（ａ）】
2004086462.tif 000012
【図３（ｂ）】
2004086462.tif 000013
【図３（ｃ）】
2004086462.tif 000014
【図４（ａ）】
2004086462.tif 000015
【図４（ｂ）】
2004086462.tif 000016
【図４（ｃ）】
2004086462.tif 000017
【図４（ｄ）】
2004086462.tif 000018
【図４（ｅ）】
2004086462.tif 000019
【図５（ａ）】
2004086462.tif 000020
【図５（ｂ）】
2004086462.tif 000021
【図５（ｃ）】
2004086462.tif 000022
【図５（ｄ）】
2004086462.tif 000023
【図６（ａ）】
2004086462.tif 000024
【図６（ｂ）】
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【図６（ｃ）】
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【図６（ｄ）】
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【図６（ｅ）】
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【図６（ｆ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図７（ｃ）】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図８（ｃ）】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図９（ｃ）】
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【図９（ｄ）】
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【図９（ｅ）】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１０（ｃ）】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１１（ｃ）】
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【図１１（ｄ）】
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【図１１（ｅ）】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１２（ｃ）】
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【図１２（ｄ）】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１４（ａ）】
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【図１４（ｂ）】
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【図１４（ｃ）】
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【図１４（ｄ）】
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【図１５】
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【図１６】
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