JP2008084310A

JP2008084310A - 電子ペン及び電子ペンシステム

Info

Publication number: JP2008084310A
Application number: JP2007224303A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nagata; 剛長多; Mayumi Yamaguchi; 真弓山口; Konami Izumi; 小波泉
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2027-08-30
Also published as: JP4914315B2

Abstract

【課題】表示部に筆記された情報を正確に電子情報として読み取ることができ、かつ小型で軽量な筆記具を提供する
【解決手段】ペン形状のデバイスであって、外部から無線によって充電が可能なバッテリーと、ペン先が接触しているか否かを検出する第１のセンサと、ペン先の動きを検出する第２のセンサと、第１のセンサ及び第２のセンサと電気的に接続される制御回路と、制御回路と電気的に接続されるメモリと、を有し、第１のセンサ、第２のセンサ、制御回路、及びメモリはバッテリーより電力供給を受けて動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示部に文字等を記録する筆記具、及び筆記具によって筆記された情報を電子化する技術に関する。

従来、会議等で使われるホワイトボードにおいて、筆記者がホワイトボードマーカーを用いてホワイトボードに記録した内容の保存は、ホワイトボードに記録された情報をホワイトボードに搭載されたスキャナ等のイメージセンサで読み取り、記録用紙に印刷することによって行われている。また、ホワイトボードに記録された情報を複数の人間で共有する場合は、コピーした記録用紙を各人に配布することにより行っている。

従来のホワイトボードでは、ホワイトボードに記録した情報の保存方法は記録用紙へのハードコピーのみに限られるため、記録用紙の消耗などにより情報の長期保存が困難であるという問題があった。さらに、情報を複数の人間で共有したい場合には、コピーした記録用紙を各人に配布する必要があり、手間がかかる上、遠隔地にいる人間と情報を同時に共有することが困難であった。また、ハードコピーをイメージセンサで読み込んで画像データとして電子化して共有する方法も考えられるが、再度読み込みを行うため画像の品質が低下してしまうという問題があった。

また、イメージセンサ搭載のホワイトボードへ板書しなければ情報を保存することができないため、少人数の会議においても、わざわざイメージセンサ搭載のホワイトボードのある会議室等へ移動しなければならず不便であった。

そこで、ペンで紙面に筆記した情報をＣＣＤセンサで撮像し、撮像した画像データを電子化してペンに搭載された記憶装置に記憶する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平８−３０３７０号公報

しかしながら、特許文献１の電子ペンにおいては、１つの文字が複数の撮像データで構成されている場合、複数の撮像データの位置関係の決定はそれぞれの撮像データの部分的な一致がとれるものは１つの文字とみなして合成し、一致のとれないものは別の文字とする方法で行われている。そのため、１つの文字が１回の撮像データに対して大きすぎる場合、複数の撮像データの正確な位置関係の把握は困難であり、正しい情報が得られない可能性がある。

また、特許文献１の電子ペンにおいて、回路を駆動する電源は充電式となっているが、従来、充電は商用電力から電力の供給を受けて行われているため、利用者は各家庭に配設されているコンセントにＡＣアダプターを接続し、電源の充電を行っている。従って、利用者は電源の充電残量に注意を払わなければならず、充電までの時間を常に気にしなければならなかった。また、従来の充電用電池は携帯用としては大きくて重いものであったため、ペン等に設けた場合、小型化及び軽量化が妨げられて通常のペンとしては使いづらいものとなっていた。

本発明は上記問題を鑑み、イメージセンサを用いずに表示部に筆記された情報を正確に電子情報として読み取ることができ、かつ小型で軽量な筆記具を提供することを課題とする。

本発明の電子ペンは、外部から無線によって充電が可能なバッテリーと、ペンで筆記された情報を検出するセンサと、該ペンで筆記された情報を記憶するメモリとを有する。なお、該センサと該メモリは、前記バッテリーより電力供給を受けて動作する。また、該バッテリーを充電するための電磁波を送信する装置は、該電子ペンで文字等を筆記する表示部等に設けることができる。なお、該表示部に電子ペンで筆記された情報を読み取るセンサを設けてもよい。

本発明の電子ペンは、外部から無線によって充電が可能なバッテリーと、表面にペン先が接触しているか否かを検出する第１のセンサと、ペン先の動きを検出する第２のセンサと、前記第１のセンサ及び前記第２のセンサと電気的に接続される制御回路と、前記制御回路と電気的に接続されるメモリと、を有し、前記第１のセンサ、前記第２のセンサ、前記制御回路、及び前記メモリは、前記バッテリーより電力供給を受けて動作することを特徴とする。本発明では、前記第１のセンサが表面にペン先が接触しているか否かを検出できれば、表面はどのような物でもよい。例えば、紙、手、机、ボード、本等の表面があげられる。

本発明の電子ペンにおいて、前記バッテリーは、リチウム電池、リチウムポリマー電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池または、電気二重層コンデンサーであることを特徴とする。

本発明の電子ペンにおいて、前記バッテリーは、定電流源回路と、スイッチ回路と、前記バッテリーの充電状況によって前記スイッチ回路を制御する充電制御回路と電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の電子ペンにおいて、前記バッテリーは、前記バッテリーの残量を検出する残量検出回路と、前記残量検出回路の出力を変調する変調回路と電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の電子ペンにおいて、前記第１のセンサは、光センサ、圧力センサ、又はＲＦＩＤチップであることを特徴とする。

本発明の電子ペンにおいて、前記第２のセンサは、モーションセンサであることを特徴とする。

本発明の電子ペンにおいて、前記モーションセンサは、加速度センサ又は角速度センサであることを特徴とする。

本発明の電子ペンシステムは、外部から無線によって充電が可能なバッテリーと、ペン先が接触しているか否かを検出する第１のセンサと、前記ペン先の動きを検出する第２のセンサと、前記第１のセンサ及び前記第２のセンサと電気的に接続される制御回路と、前記制御回路と電気的に接続されるメモリと、を有する電子ペンと、前記バッテリーを充電するための電磁波を送信するアンテナを有する表示部と、を有し、前記第１のセンサ、前記第２のセンサ、前記制御回路、及び前記メモリは、前記バッテリーより電力供給を受けて動作することを特徴とする。

本発明の電子ペンシステムは、外部から無線によって充電が可能なバッテリーと、第１のセンサと、前記第１のセンサと電気的に接続される制御回路と、前記制御回路と電気的に接続されるメモリと、を有する電子ペンと、前記バッテリーを充電するための電磁波を送信するアンテナと、第２のセンサと、を有する表示部と、を有し、前記第１のセンサ、前記制御回路、及び前記メモリは、前記バッテリーより電力供給を受けて動作することを特徴とする。

本発明の電子ペンシステムにおいて、前記バッテリーは、リチウム電池、リチウムポリマー電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池または、電気二重層コンデンサーであることを特徴とする。

本発明の電子ペンシステムにおいて、前記バッテリーは、定電流源回路と、スイッチ回路と、前記バッテリーの充電状況によって前記スイッチ回路を制御する充電制御回路と電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の電子ペンシステムにおいて、前記バッテリーは、前記バッテリーの残量を検出する残量検出回路と、前記残量検出回路の出力を変調する変調回路と電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の電子ペンシステムにおいて、前記第１のセンサは、光センサ、圧力センサ、又はＲＦＩＤチップであることを特徴とする。

本発明により、イメージセンサを用いずに表示部に筆記された情報を正確に電子情報として読み取り、該電子情報を記憶することができる筆記具を提供することが可能である。かつ、外部から無線で電力を供給し、バッテリーに蓄え、回路動作をおこなうため、電池交換が不要な筆記具を提供することができる。また、無線で充電を行うため、ペンを使用中でも充電することが可能となり、大型の充電池が必要なく、小型で軽量な筆記具を提供することができる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

なお、本明細書において、アンテナと、該アンテナが受信した電磁波により生ずる起電力をバッテリーに充電する回路と、該起電力を充電する媒体とを備えたものをＲＦバッテリー若しくは無線電池とも呼ぶ。

（実施の形態１）
本実施の形態では、ホワイトボード等の表示部に筆記された情報を電子データとして取り込むことのできる筆記具の構成について説明する。

本発明の筆記具を図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る筆記具として電子ペン１０１及び表示部１０２の実施形態を示す。電子ペン１０１は、第１のセンサ１０３、第２のセンサ１０４、制御回路１０５、メモリ１０６、バッテリー１０７、内部アンテナ回路１１１、整流回路１１２、充電回路１１３、充電制御回路１１４を有している。また、表示部１０２は、外部アンテナ回路１１５、送信機１１６を有している。

ここで、内部アンテナ回路１１１の出力端子が整流回路１１２の入力端子に電気的に接続され、整流回路１１２の出力端子が充電回路１１３の入力端子に電気的に接続され、充電回路１１３の出力端子がバッテリー１０７の入力端子に電気的に接続されている。また、バッテリー１０７の電源供給用端子は、第１のセンサ１０３、第２のセンサ１０４、制御回路１０５、メモリ１０６とそれぞれ接続されている。また、第１のセンサ１０３、第２のセンサ１０４、メモリ１０６はそれぞれ制御回路１０５と電気的に接続され、充電制御回路１１４と充電回路１１３とが電気的に接続されている。

なお、本明細書においてバッテリーとは、充電することで連続使用時間を回復することができる二次電池のことをいう。なおバッテリーとしては、その用途により異なるが、薄膜なシート状や径の小さい筒状に形成された電池を用いることが好ましく、例えばリチウム電池、好ましくはゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池や、リチウムイオン電池等を用いることで、小型化が可能である。勿論、充電可能な電池であればなんでもよく、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などの充電放電可能な電池であってもよいし、また大容量のコンデンサーなどを用いても良い。

本実施の形態のバッテリーとして用いることのできる大容量のコンデンサーとしては、電極の対向面積が大きいものであることが望ましい。活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブなど比表面積の大きい電極用材料を用いた電気二重層コンデンサーを用いることが好適である。コンデンサーは電池に較べ構成が単純であり薄膜化や積層化も容易である。電気二重層コンデンサーは蓄電機能を有し、充放電の回数が増えても劣化が小さく、急速充電特性にも優れているため好適である。

第１のセンサ１０３、第２のセンサ１０４は、電子ペン１０１で表示部１０２に筆記された文字等の情報を検出して、制御回路１０５を介して文字等の情報のデータをメモリ１０６に入力する。

ここで、第１のセンサ１０３は、電子ペン１０１のペン先が表示部１０２表面に接触しているか否かを検出するセンサである。第１のセンサ１０３として、例えば光センサ、圧力センサ、又はＲＦＩＤチップを用いることができる。

また、第２のセンサ１０４は、電子ペン１０１のペン先の動きを検出するセンサである。第２のセンサ１０４として、例えばモーションセンサ等を用いることができる。なお、第２のセンサ１０４は、第１のセンサ１０３によってペン１０１が表示部１０２に接しているときのみ動作する構成にするとよい。

なお、圧力センサ又はモーションセンサとして、例えば、微小電子機械装置（ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ））を用いたものを用いることができる。ＭＥＭＳ技術により作製されたセンサを用いることにより小型で軽量な電子ペンを作製することができる。

本実施の形態において、メモリ１０６に記憶されたデータは表示部１０２に送信され、表示部１０２に設けられたＣＰＵで解析される。なお、メモリに記憶されたデータを解析する機構は表示部以外に設けてもよい。また、メモリ１０６部分を着脱可能な構造とし、メモリ部分のみを持ち運び可能な形態とし、メモリ１０６を直接コンピュータ等と接続してデータを読み込んでもよい。

本実施の形態において、第１のセンサ１０３、第２のセンサ１０４、制御回路１０５、およびメモリ１０６はバッテリー１０７と電気的に接続しており、バッテリー１０７より電源供給を受ける。なお、バッテリー１０７は、表示部１０２に設けられた外部アンテナ回路１１５、送信機１１６から無線にて送信される電力によって充電される。

図１において、内部アンテナ回路１１１は外部アンテナ回路１１５によって発生した無線信号を受信する。内部アンテナ回路１１１によって受信した信号は整流回路１１２に入力され、直流に変換される。充電回路１１３は整流回路１１２の電力をもとに電流を発生させ、バッテリーに充電を行う。充電制御回路１１４はバッテリー１０７が過充電にならないように監視をおこない、充電量が増えた場合には充電回路１１３を制御し、充電量を抑える。なお、充電回路１１３は、例えば電圧制御回路（レギュレータとも言う）とスイッチ回路とにより構成することができる。なお、スイッチ回路をダイオードにすることにより、充電制御回路を省略する構成としてもよい。また、電圧制御回路は、電圧及び電流制御回路や定電流源回路であってもよい。

なお、内部アンテナ回路１１１と外部アンテナ回路１１５として、例えば図１５（Ａ）に示すようなアンテナ２０１、共振容量２０２によって構成されるアンテナ回路２０３を用いることができる。また、整流回路１１２は、内部アンテナ回路１１１及び外部アンテナ回路１１５が受信する電磁波により誘導される交流信号を直流信号に変換する回路であればよい。例えば、図１５（Ｂ）に示すように、ダイオード２０４、ダイオード２０５、平滑容量２０６によって構成することができる。

図２に、使用形態の概略図を示す。図２（Ａ）のように、電子ペン１０１を用いて表示部１０２に文字情報を書き込むことにより、電子ペン１０１に設けられたセンサで電子ペンの動きと接触が検知される。これらの情報から文字情報を得るためのプログラムを演算回路で実行してメモリに電子情報として記憶することができる。また、図２（Ｂ）のように、表示部１０２に設けられた送信機１１６は外部アンテナ回路１１５を介して無線電磁波を発生させる。電子ペン１０１はその無線電磁波を受信することにより、動作電力として使用することができる。なお、外部アンテナ及び送信回路を有する充電器は、書きながら電子ペンを充電できるように配置してもよいし、固定して充電できるように配置してもよい。例えば、表示部に設置されたペン置き場に組み込んでもよいし、充電器が組み込まれた持ち運びできるペン受け皿を別途用意してもよい。持ち運びできる形態の場合は、表示部にフックなどで固定できる構成とするとよい。

また、電子ペンに記憶されたデータを携帯電話等の情報端末に送信して情報を表示する構成としてもよい。例えば、まず図３（Ａ）に示すように、表示部１０２に書き込まれた文字情報のデータを電子ペン１０１に記憶する。そして、電子ペン１０１に記憶されたデータを携帯電話に送信することにより、図３（Ｂ）に示すように、電子ペンに記憶されたデータを携帯電話の表示部２１２２に文字情報として表示することができる。また、電子ペンに搭載されているメモリは取り外し可能な形態であってもよく、図３（Ｃ）に取り外し可能なメモリを搭載した場合の形態を示す。図３（Ｃ）に示すように、電子ペン１０１に搭載されたメモリ２１２５を携帯電話に差し込むことにより、電子ペンで筆記された文字情報のデータを読み取り、携帯電話の表示部２１２２に表示することができる。なお、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示す携帯電話は携帯情報端末の１つの代表例であり、筐体２１２１、表示部２１２２、操作キー２１２３などを備えている。

なお、本実施の形態において内部アンテナ回路１１１で受信する無線信号として、例えば、１２５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚなどの周波数帯の信号を用いることができる。勿論、内部アンテナ回路で受信される信号の周波数はこれに限定されず、例えば、サブミリ波である３００ＧＨｚ〜３ＴＨｚ、ミリ波である３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ、マイクロ波である３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ、極超短波である３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ、超短波である３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、中波である３００ＫＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚ、及び超長波である３ＫＨｚ〜３０ＫＨｚのいずれの周波数も用いることができる。また、内部アンテナ回路と外部アンテナ回路との間で送受信される信号は、搬送波を変調した信号である。搬送波の変調方式は、アナログ変調であってもデジタル変調であってよく、振幅変調、位相変調、周波数変調、及びスペクトラム拡散のいずれであってもよい。望ましくは、振幅変調、または、周波数変調にするとよい。また、無線信号として携帯電話の中継局の電波（８００〜９００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ、１．９〜２．１ＧＨｚ帯等）、帯携帯電話から発振される電波、電波時計の電波（４０ｋＨｚ等）、家庭用の交流電源のノイズ（６０Ｈｚ等）等の外部から無作為に受信される信号を利用することも可能である。また、内部アンテナ回路１１１として、それぞれ長さや形状の異なるアンテナを用いた複数のアンテナ回路を設けることによって、バッテリー１０７の充電に様々な無線信号を利用することができる。

また、内部アンテナ回路及び外部アンテナ回路に設けられるアンテナの形状は、これらの無線信号を受信しやすい長さや形状で設ける。また、アンテナの形状はペンとしての持ちやすさも考慮した形状で設ける。また、これらの電波を複数受信する場合には、長さや形状の異なるアンテナを含む複数のアンテナ回路を設けることが好ましい。

また、内部アンテナ回路１１１又は外部アンテナ回路１１５に設けられるアンテナの形状についても特に限定されない。つまり、内部アンテナ回路１１１又は外部アンテナ回路１１５に適用する信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式又はマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が適宜使用用途を考慮して選択すればよく、伝送方式に伴って最適な長さや形状のアンテナを設ければよい。

例えば、伝送方式として、電磁結合方式又は電磁誘導方式（例えば、１３．５６ＭＨｚ帯）を適用する場合には、電界密度の変化による電磁誘導を利用するため、アンテナとして機能する導電膜を輪状（例えば、ループアンテナ）、らせん状（例えば、スパイラルアンテナ、ヘリカルアンテナ）に形成する。

また、伝送方式としてマイクロ波方式（例えば、ＵＨＦ帯（８６０〜９６０ＭＨｚ帯）、２．４５ＧＨｚ帯等）を適用する場合には、信号の伝送に用いる電波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電膜の長さや形状を適宜設定すればよく、アンテナとして機能する導電膜を例えば、線状（例えば、ダイポールアンテナ）、平坦な形状（例えば、パッチアンテナ）等に形成することができる。また、アンテナとして機能する導電膜の形状は線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。

なお、アンテナの形状はペンとしての持ちやすさも考慮して決定する必要があるが、例えば、ペンの長さ方向に沿ってダイポールアンテナを配置する場合、ペンの長さ方向に平行な電波を送信すればよい。また、輪状又はらせん状のアンテナの場合にアンテナを形成するコイルをペンの軸に巻き付くような形で配置したとき、ペンの長さ方向に磁束が貫くように充電器からの信号が発生するようにすればよい。

ここで、内部アンテナ回路１１１又は外部アンテナ回路１１５に設けるアンテナの形状の一例を図１６に示す。例えば、図１６（Ａ）に示すように回路等が設けられた基板３０２の周りに一面のアンテナ３０３を配した構造を取っても良い。また、図１６（Ｂ）に示すように回路等が設けられた基板チップ３０２の周りに細いアンテナ３０３を基板３０２の周りを回るように配した構造をとってもよい。また、図１６（Ｃ）に示すように回路等が設けられた基板３０２に対して、高周波数の電磁波を受信するためのアンテナ３０３の形状をとってもよい。また、図１６（Ｄ）に示すように回路等が設けられた基板３０２に対して１８０度無指向性（どの方向からでも同じく受信可能）なアンテナ３０３での形状をとってもよい。また、図１６（Ｅ）に示すように、回路等が設けられた基板３０２に対して、棒状に長く伸ばしたアンテナ３０３の形状をとってもよい。内部アンテナ回路１１１と外部アンテナ回路１１５はこれらの形状のアンテナを組み合わせて用いることができる。

また、図１６において、回路等が設けられた基板３０２とアンテナ３０３との接続については特に限定されない。例えば、アンテナ３０３と回路等が設けられた基板３０２をワイヤボンディング接続やバンプ接続を用いて接続する、あるいは回路等が設けられた基板３０２の一部を電極にしてアンテナ３０３に貼り付けるという方法を取ってもよい。この方式ではＡＣＦ（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｆｉｌｍ；異方性導電性フィルム）を用いて回路等が設けられた基板３０２をアンテナ３０３に貼り付けることができる。また、アンテナに必要な長さは受信に用いる周波数によって異なる。例えば周波数が２．４５ＧＨｚの場合は、半波長ダイポールアンテナを設けるなら約６０ｍｍ（１／２波長）、モノポールアンテナを設けるなら約３０ｍｍ（１／４波長）とすれば良い。

なお、電子ペンに設けられる内部アンテナ回路は複数の周波数帯の電磁波を受信可能なマルチバンドアンテナ構造であってもよい。例えば、図１７に示すように内部アンテナ回路が複数のアンテナ回路によって形成されていてもよい。図１７に示す構造において、基板１７０１上に、第１のアンテナ回路１７０５ａ、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃと、制御回路を有するチップ１７０２と、バッテリー１７０３とを有している。なお、第１のアンテナ回路１７０５ａ、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃとチップ１７０２に設けられた制御回路とは電気的に接続されている。なお、１７０６はバッテリーを充電するための電磁波を送信するための送信機であり、表示部等に設けられている。

第１のアンテナ回路１７０５ａ、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃにより受信された電波は、チップ１７０２に形成された制御回路における整流回路を介してバッテリー１７０３に入力され、バッテリー１７０３が充電される。

ここでは、送信機１７０６から送信された電波を第１のアンテナ回路１７０５ａで受信し、外部の無線信号１７０７を第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃで受信している例を示している。また、第１のアンテナ回路１７０５ａ、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃの接続関係については特に限定されず、例えば、全てのアンテナが電気的に接続されていてもよいし、それぞれが電気的に接続せず独立に設けられていてもよい。

なお、バッテリー１７０３の充電に用いられる第１のアンテナ回路１７０５ａ、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃのアンテナの長さや形状は図１７に示した構造に限られない。ここでは、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃのアンテナとして、長さの異なる線状のアンテナ（ダイポールアンテナ）を設けた例を示したが、例えば、ダイポールアンテナとコイル状のアンテナを組み合わせて用いてもよいし、ダイポールアンテナとパッチアンテナを組み合わせて用いてもよい。このように、バッテリー１７０３の充電に用いられるアンテナとして、長さや形状の異なるものを複数設けることによって、様々な無線信号を受信することができるため、充電効率を向上させることができる。特に、パッチアンテナとダイポールアンテナ等の形状の異なるアンテナを組み合わせて設けることによって（例えば、パッチアンテナの周囲に折り返しダイポールアンテナを設ける）、限られたスペースを有効に活用することが可能となる。本実施の形態で示す電子ペンは、３つのアンテナ回路１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃを設けた例を示したが、これに限られず、１つ、２つ、又は４つ以上のアンテナ回路を設けた構成としてもよい。

また、例えば、第１のアンテナ回路１７０５ａと送信機１７０６間で送受信される信号として、１２５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚなどの周波数帯の信号を用いることができ、それぞれＩＳＯ規格などが設定される。勿論、第１のアンテナ回路１７０５ａと送信機１７０６間で送受信される信号の周波数はこれに限定されず、例えば、サブミリ波である３００ＧＨｚ〜３ＴＨｚ、ミリ波である３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ、マイクロ波である３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ、極超短波である３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ、超短波である３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、中波である３００ＫＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚ、及び超長波である３ＫＨｚ〜３０ＫＨｚのいずれの周波数も用いることができる。また、第１のアンテナ回路１７０５ａと送信機１７０６間で送受信される信号は、搬送波を変調した信号である。搬送波の変調方式は、アナログ変調であってもデジタル変調であってよく、振幅変調、位相変調、周波数変調、及びスペクトラム拡散のいずれであってもよい。望ましくは、振幅変調、または、周波数変調にするとよい。

また、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃのアンテナで受信する外部の無線信号１７０７として、例えば、携帯電話の中継局の電波（８００〜９００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ、１．９〜２．１ＧＨｚ帯等）、帯携帯電話から発振される電波、電波時計の電波（４０ｋＨｚ等）、家庭用の交流電源のノイズ（６０Ｈｚ等）、他のリーダ／ライタ等から無作為に生じている電波等を利用することができる。外部の無線信号を受信してバッテリーの充電を無線で行うことによって、バッテリーを充電するための充電器等を別途必要としないため、より低コストで電子ペンを作製することができる。また、図１７に示すように、それぞれ長さや形状の異なるアンテナを用いた複数のアンテナ回路を設けることによって、バッテリー１７０３の充電用として様々な無線信号を利用することができる。また、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃに設けられるアンテナの形状は、これらの無線信号を受信しやすい長さや形状で設けるとよい。また、図１７では、第１のアンテナ回路１７０５ａは送信機１７０６からの電磁波を受信する形態としたが、これに限定されず全てのアンテナ回路で外部の無線信号を受信してバッテリーを充電する形態としてもよい。

なお、図１７では、同一の基板１７０１上に複数のアンテナ回路１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃ、チップ１７０２及びバッテリー１７０３を設けた例を示したが、図１７に示す構造に限られることはなく、それぞれを別々の基板上に設けてもよい。

本実施の形態に示す電子ペンは、イメージセンサを用いずに表示部に筆記された情報を正確に電子情報として読み取り、該電子情報を記憶することができる。また、本実施の形態に示す電子ペンは外部から無線で電力が供給され、バッテリーに蓄え、回路動作をおこなうため、電池交換が不要となる。また、無線で充電を行うため、ペンを使用中でも充電することが可能となり、大型の充電池が必要なく、小型で軽量な筆記具を提供することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態で示した電子ペンの構造について図面を用いて説明する。

本実施の形態において、電子ペンは筐体６０１、内部アンテナ６０３、バッテリー６０４、回路基板６０５、第１のセンサ６０６、第２のセンサ６０７、ペン先６０８、ペン軸６０９より構成される（図４）。なお、内部アンテナ６０３、バッテリー６０４、回路基板６０５、第１のセンサ６０６、第２のセンサ６０７は配線によって電気的に接続されている。本実施の形態の電子ペンは、無線によって電力を得るため、内部アンテナを電子ペンの内部に設ける場合、電子ペンの内部まで電磁波が到達する必要がある。その場合、筐体６０１は電磁波を通す絶縁体で構成されているとよい。例えば、樹脂によって構成することができる。なお、内部アンテナとして、ループアンテナを用いることで電磁波を受信しやすくすることができる。また、内部アンテナは必ずしも筐体６０１の内部に設置する必要はなく、筐体６０１の外側に貼り付けるように設置してもよい。その場合、筐体６０１の材料は特に限定されない。

内部アンテナ６０３は必要な電力を受信する為の大きさを有しており、その大きさは１平方ｃｍ以上であることが望ましい。バッテリー６０４は長期の信頼性が確保できるものが良く、リチウムイオン２次電池などが望ましい。ただし、リチウムイオン２次電池に限定されるものではない。回路基板６０５はメモリ、制御回路、整流回路、充電回路などを集積したＬＳＩおよびその付属部品などが実装される。回路基板６０５はプリント基板からなり、エポキシ樹脂などから形成される。ＬＳＩはチップサイズパッケージ技術やマルチチップパッケージ技術をもちいてパッケージサイズを小さくし、実装面積を縮小することが望ましい。

なお、第１のセンサ６０６は、電子ペンの先が表示部に接触しているか否かを検出するセンサであり、図４は第１のセンサ６０６として光センサを用いた場合の例を示している。光センサを用いる場合、ペンの先に光センサが搭載されており、文字を書く際に光が遮られることによって書いていることを認識する。光センサを用いる場合、ペンの先端に光センサを設けると文字等が書けないため、先端ではなく、その周辺部分に複数の光センサを設け、そのうちの少なくとも１つが陰になったときに書いていると検知する。なお、光センサは１箇所のみに設けた場合、ペンの角度を正確に把握できず誤動作する可能性があるため、４箇所から２０箇所程度に設けることにより、ペンの先が表示部に接触しているか否かを正確に検出することができる。

なお、第１のセンサ６０６は、光センサに限られず、例えば圧力センサ、ＲＦＩＤチップを用いたセンサ等を用いてもよい。

例えば、第１のセンサ６０６として圧力センサを用いる場合、ペン先６０８とペン軸６０９との接続部分に圧力センサを搭載し、文字等を筆記することでペン先６０８に圧力がかかると、書いていることを検知する構造とすることができる。なお、圧力センサとして、ＭＥＭＳの超小型圧力センサを用いることにより、小型で軽量な電子ペンを作製することができる。

また、第１のセンサ６０６としてＲＦＩＤチップを用いる場合、表示部の書き込み可能な面（ボードともいう）、及びペンにアンテナを搭載する。表示部側のアンテナが電磁波を発する場合、ボードとペン先のアンテナの距離が近づくほどペン内のアンテナに生じる誘導起電力が高くなり、ペンとボードの接触を検知することができる。

また、図４において第２のセンサ６０７はペン先の動きを検出するためのセンサである。第２のセンサ６０７として例えば、ＭＥＭＳのモーションセンサである三軸加速度センサ、多軸加速度センサ、又は角速度センサを用いることができる。加速度センサは、慣性体の位置変化から１〜３方向の軸いずれかの加速度を測定するものであり、三軸加速度センサは、３方向の軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）のペン先の動きを直接検知することができる。

なお、加速度センサとして例えば、静電容量型加速度センサや、熱フロー型加速度センサ、ピエゾ型加速度センサ等の加速度センサを用いてもよい。静電容量型加速度センサは、静電容量の変化を検出して加速度を検出することができる。熱フロー型加速度センサは、基板上にヒーターと温度センサを作り、傾きによってヒーターで暖められた空気の流れが変わることで傾きを検出することができる。ＭＥＭＳの技術を用いて基板から温度センサとヒーターを浮かせる事によって、Ｓｉ基板に熱が拡散してしまうことなく、高精度に検出することができる。ピエゾ型加速度センサは、曲げると電気抵抗値が変化するＳｉの性質を利用した物で、ピエゾ抵抗素子のついたブリッジをおもりの四方からつり下げ、おもりが動くとピエゾ抵抗素子に負荷がかかって抵抗が変化し、加速度を検出することができる。また、角速度センサは、ジャイロともよばれ、例えば、静電引力で浮上・回転する輪が角速度を受けることにより生じる変化から受けた角速度を検出する。

ＭＥＭＳのモーションセンサは、機械式のモーションセンサに比べて小型で軽く、小さな動きでも検出することができるため、本実施の形態の電子ペンに搭載することにより小型、軽量でかつ位置検出精度の高い電子ペンを作製することができる。

なお、ペンの位置情報は、例えば、一秒間に数回から数百回の割合で、加速度と時刻とペン先がボードに接しているか否かの情報を検出し、その加速度のデータを時間で２階積分することにより長さ（ベクトル）のデータに変換することで得ることができる。

なお、図４では、ペンの動きとボードとの接触を検知するセンサを電子ペン本体にのみ搭載する例について説明した。しかし、これらのセンサを電子ペンに設けることに加え、ペンの位置がボードのどの部分にあるか位置を検出するセンサを表示部側に搭載することもできる。例えば、表示部に圧力センサ、または静電容量センサを高密度に集積化しておき、ペン先が触れることで位置を検出することができる。例えば、表示部側に圧力センサを高密度に集積化して設けることにより、そのうちの一つまたは接して存在する複数が圧力を感知した場合、ペンがボードに何かを書いている状態であることを検知することができる。

また、表示部にＲＦＩＤチップを高密度に集積化する構成としてもよい。この場合、電子ペンに信号を受信する機構を設けておき、表示部とペンが近づくことにより電子ペンの表示部上での相対的な位置情報が表示部から電子ペンへ送信される構成とする。なお、ＲＦＩＤチップに設けられるアンテナにはミリ単位の大きさに小型化可能で、指向性の強いスロットアンテナが好ましく、小型アンテナに対応して通信周波数が高くなる。

表示部側にも、電子ペンの位置情報を検出するセンサを設けることにより、電子ペンの表示部上での相対的な位置情報を得ることができる。従って、紙面上のどの位置にどの文字情報が筆記されているかをより正確に把握することが可能である。なお、表示部側に位置情報検出用のセンサを設けた場合、電子ペン側に必ずしも第１のセンサ又は第２のセンサを設ける必要はない。

本実施の形態に示す電子ペンは、イメージセンサを用いずに表示部に筆記された情報を正確に電子情報として読み取り、該電子情報を記憶することができる。また、本実施の形態に示す電子ペンは外部から無線で電力を供給し、バッテリーに蓄え、回路動作をおこなうため、電池交換が不要となる。また、無線で充電を行うため、ペンを使用中でも充電することが可能となり、大型の充電池が必要なく、小型で軽量な筆記具を提供することができる。

（実施の形態３）
次に、図５〜７を用いて図１とは異なる形態について説明する。図５に示す電子ペン１０１は、図１で示した実施形態の構成に加えて、残量検出回路４０２、変調回路４０１が追加された構成である。

図１に示すバッテリー１０７に蓄えられた電荷は電子ペンが動作し続けることによって、徐々に減衰していく。そしてバッテリー１０７の電圧も徐々に低下していく。従って、第１のセンサ１０３、第２のセンサ１０４、制御回路１０５、メモリ１０６の最低動作電圧をバッテリー１０７の電圧が下回った時点で、電子ペン１０１は動作不能になってしまい、メモリにデータを記憶することができなくなってしまう。そこで、電子ペン１０１の充電が不足したことを検出して、電子ペン１０１を充電する構成について説明する。

図６に、図５に示した残量検出回路４０２のブロック図を示す。本実施の形態に示す残量検出回路４０２はＡＤ変換回路４０３、クロック発生回路４０４、論理回路４０５から成り立っている。尚、本発明の残量検出回路は図６に示すものには限定されずこれ以外のものでも良い。ＡＤ変換回路４０３はバッテリー１０７の出力電圧をデジタルに変換するものである。

図６において、デジタル化された電圧データは論理回路４０５に入力される。論理回路４０５はそのデジタル電圧データをエンコードする。エンコードの方式は、変形ミラー符号、ＮＲＺ−Ｌ符号などが使用可能であるが、これらに限定されるものではない。クロック発生回路４０４はＡＤ変換回路４０３、論理回路４０５にクロックを供給するものである。論理回路４０５の出力は変調回路４０１へ送られ外部から入力される無線信号を変調する。

このようにして、バッテリー１０７の電圧はＡＤ変換回路４０３、論理回路４０５、変調回路４０１、内部アンテナ回路１１１を介して、外部からモニターが可能となる。バッテリー１０７に蓄積される電荷が減衰し、バッテリー１０７の電圧が低下した場合、変調された信号をモニターすることによって、充電の必要性を確認することができる。

図７は上述したモニター機能を持った電子ペンに対応した送信機１１６の例である。送信機１１６は発振回路１１８、増幅回路１１９、１２０、復調回路１２１、論理回路１２２、ＣＰＵ１２３から構成されている。発振回路１１８の出力信号は増幅回路１１９で増幅されたのち、外部アンテナ回路１１５より電子ペンに送信される。このとき、電子ペンがモニター状態であれば外部アンテナ回路１１５の信号はバッテリーの電圧データで変調される。増幅回路１２０はその信号を増幅し、復調回路１２１で電圧データを復調する。そして論理回路１２２でデコード作用をおこない、元のバッテリーのデジタル電圧データを取り出すことができる。このデータをＣＰＵ１２３に入力し、充電が必要かどうかの判断を行い、必要であれば自動で充電を行う。また、その結果を表示部１０２に表示し、利用者に目視で状況を知らせることができる。充電の必要があればそのまま充電を継続し、必要がなければ表示確認が終了した段階で、送信機からの送信を止めても構わない。

以上によって、本実施形態の電子ペンは外部からバッテリーの充電量をモニターし、充電量が不足したときは自動的に充電することができるため、使用中にバッテリー切れの心配をする必要がない。さらに、使用者が目視で充電量を確認することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる形態の電子ペンの構成について説明する。

図８に示す電子ペンは、内部アンテナ回路１１１、整流回路１１２、電圧制御回路（レギュレータとも言う）７０１、バッテリー１０７、充電制御回路７０２、第１のスイッチ回路７０３、第２のスイッチ回路７０４、ロジック回路７０５、メモリ７０６、電圧制御回路７０７、充電制御回路７０８、第１のセンサ１０３、第２のセンサ１０４を有する。

図８において、内部アンテナ回路１１１の出力端子が整流回路１１２の入力端子に接続され、整流回路１１２の出力端子が電圧制御回路７０１の入力端子と接続される。そして、電圧制御回路７０１の出力端子は、第１のスイッチ回路７０３を介してバッテリー１０７の入力端子に接続される。また、充電制御回路７０２は、バッテリー１０７と接続してバッテリの充電状況をモニタし、それに応じて第１のスイッチ回路７０３のオン（ＯＮ）又はオフ（ＯＦＦ）を制御する。

また、バッテリー１０７は第２のスイッチ回路７０４を介してロジック回路７０５と接続する。ここで、充電制御回路７０８によってバッテリー１０７の充電状況をモニタし、それに応じて第２のスイッチ回路７０４のオン（ＯＮ）又はオフ（ＯＦＦ）を制御する。例えば、充電制御回路７０８は、バッテリーの電圧がある値Ｖ１以上になると第２のスイッチ回路７０４をオン（ＯＮ）し、バッテリの電力が消費されてある値Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）以下になると第２のスイッチ回路７０４をオフ（ＯＦＦ）する構成とする。なお、Ｖ１はバッテリと接続する処理回路等を駆動させるに充分な電圧とし、Ｖ２は駆動させるに最低の電圧とする。

外部アンテナ回路１１５から発振された電波によりバッテリ１１７を充電する場合、例えば図９（Ａ）に示すように、振幅が等しい電磁波５０１を用いて通信することができる。この時の充電方法を図１０のフローチャートで示す。

まず、表示部に設けられた外部アンテナ回路から振幅の等しい電磁波を送信する。電子ペンに設けられた内部アンテナ回路がその電磁波を受信すると、第１のスイッチ回路をオン（ＯＮ）し、バッテリーへの充電を開始する。このとき、充電制御回路によってバッテリーへの充電状況を監視する。例えば、バッテリーの電圧Ｖをモニターして、バッテリの電圧Ｖが所定の電圧Ｘ以上になると、充電が終了したことを伝える信号を出す。その信号を受信した場合は電磁波の送信を停止する。

また、内部アンテナと外部アンテナとの間で図９（Ｂ）または図９（Ｃ）に示すような振幅が異なる電磁波５０２、５０３を用いて通信した場合について説明する。ここで、図９（Ｂ）は、電磁波の振幅が大きい時と小さい時がある場合である。また、図９（Ｃ）は、電磁波の振幅が大きい時と０の場合、すなわち、電磁波のオン（ＯＮ）とオフ（ＯＦＦ）とがある場合を示す。このような場合の充電方法の例を図１１のフローチャートで示す。なお、図面において、ＳＷ１は第１のスイッチ回路を示し、ＳＷ２は第２のスイッチ回路を示す。

まず、表示部に設けられた外部アンテナから電磁波を送信する。内部アンテナがその電磁波を受信すると、バッテリの電圧Ｖが所定の電圧Ｘ以上か否かを確認する。そして、バッテリの電圧Ｖが所定の電圧Ｘより低かった場合は、バッテリの電力を他の回路に供給しないため第２のスイッチ回路をオフ（ＯＦＦ）にする。次に、外部アンテナから出力される電磁波の振幅Ａｍｐが所定の振幅Ｙ以上か否かを確認する。所定の振幅Ｙ以下なら第１のスイッチ回路をオフ（ＯＦＦ）して充電を停止する。そして、外部アンテナからの電磁波の振幅Ａｍｐが所定の振幅Ｙ以上になるのを待つ。

ここで、外部アンテナからの電磁波の振幅が所定の振幅以上であれば、第１のスイッチ回路をオン（ＯＮ）し、充電を開始する。また、充電中にバッテリーの充電状況を監視するため、バッテリの電圧が所定の電圧以上か否かを確認する。そして、バッテリの電圧が所定の電圧以上になれば、第１のスイッチ回路をオフ（ＯＦＦ）して充電を停止する。そして、第２のスイッチ回路をオン（ＯＮ）してロジック回路への電力供給を開始する。

なお、本実施の形態において、外部アンテナから出力される電磁波の振幅が所定の振幅より小さいときは、第１のスイッチ回路をオフ（ＯＦＦ）することで、バッテリから内部アンテナ方向へ電力が逆流するのを防止することができる。また、バッテリは一度充電されると、無線通信の信号処理を行う回路を駆動させる電力を十分有する。従って、ロジック部に電力の供給が開始されたときには第１のスイッチ回路をオフ（ＯＦＦ）し、充電を停止してもよい。また、第１のスイッチ回路をオフ（ＯＦＦ）せず、通信中に充電を続ける構成としてもよい。

（実施の形態５）
本実施の形態において、図１に示すバッテリーとして薄膜状のバッテリーの構成例について説明する。本実施の形態では、リチウムイオン電池を用いた場合のバッテリーの構成例を図１２に示す。

図１２は薄膜状のバッテリーの断面模式図である。まず、基板７１０１上に電極となる集電体薄膜７１０２を成膜する。集電体薄膜７１０２は負極活物質層７１０３と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。次に集電体薄膜７１０２上に負極活物質層７１０３を成膜する。一般には酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）などが用いられる。次に負極活物質層７１０３上に固体電解質層７１０４を成膜する。一般にはリン酸リチウム（Ｌｉ_３ＰＯ_４）などが用いられる。次に固体電解質層７１０４上に正極活物質層７１０５を成膜する。一般にはマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）などが用いられる。コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）を用いても良い。次に正極活物質層７１０５上に電極となる集電体薄膜７１０６を成膜する。集電体薄膜７１０６は正極活物質層７１０５と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。なお、リチウムイオン電池は、ニッカド電池、鉛電池などと比べて、メモリ効果がなく、電流量を大きく取ることができる。

また、上記集電体薄膜７１０２、負極活物質層７１０３、固体電解質層７１０４、正極活物質層７１０５、集電体薄膜７１０６の薄膜層は、スパッタ技術を用いて形成しても良いし、蒸着技術を用いても良い。また集電体薄膜７１０２、負極活物質層７１０３、固体電解質層７１０４、正極活物質層７１０５、集電体薄膜７１０６の厚さは０．１μｍ〜３μｍが望ましい。

次に以下に充電時、放電時の動作を説明する。充電時には、正極活物質層７１０５からリチウムがイオンとなって離脱する。そのリチウムイオンは固体電解質層７１０４を介して負極活物質層７１０３に吸収される。このときに、正極活物質層７１０５から外部へ電子が放出される。

また放電時には、負極活物質層７１０３からリチウムがイオンとなって離脱する。そのリチウムイオンは固体電解質層７１０４を介して、正極活物質層７１０５に吸収される。このとき負極活物質層７１０３から外部に電子が放出される。この様にして薄膜二次電池は動作する。

なお、再度集電体薄膜７１０２、負極活物質層７１０３、固体電解質層７１０４、正極活物質層７１０５、集電体薄膜７１０６の薄膜層を重ねて形成することで、より大きい電力の充放電が可能になるため好適である。

本実施の形態のバッテリーは厚さ１０μｍ以下程度の薄膜状であり、且つ充放電可能なバッテリーであるため、本実施の形態のバッテリーを用いることにより小型で軽量な電子ペンを作製することができる。

（実施の形態６）
バッテリーとして充電可能な電池を使用する場合、一般に、充放電の制御が必要である。つまり、充電をおこなう際に過充電にならないように、充電状況をモニターしながら充電を行う必要がある。本実施の形態において、充電制御をおこなうための回路について説明する。図１３に、図１に示した充電回路１１３、充電制御回路１１４、バッテリー１０７のブロック図を示す。

図１３に示す例では充電回路１１３は定電流源回路１２５、スイッチ回路１２６から構成され、充電制御回路１１４、バッテリー１０７と接続されている。なお、図１３に示す充電回路は一例であり、この様な構成に限定されるものではなく、他の構成であっても良い。本実施の形態は定電流によって、バッテリーに充電をおこなっているが、定電流だけの充電ではなく、途中で定電圧充電に切り替えても良い。定電流を用いない別の方式であっても良い。また、以下の回路を構成するトランジスタは薄膜トランジスタであっても良いし、単結晶基板上のトランジスタや有機トランジスタであっても良い。

図１４は図１３の回路をさらに詳細にしたものである。以下に動作を説明する。定電流源回路１２５、スイッチ回路１２６、充電制御回路１１４は高電位電源線７７６、低電位電源線７７７を電源線として用いている。図１３では低電位電源線７７７をＧＮＤ線として用いているが、ＧＮＤ線には限定されず他の電位であっても良い。

定電流源回路１２５はトランジスタ７５２〜７６１、抵抗７５１、７６２によって構成されている。高電位電源線７７６より抵抗７５１を介してトランジスタ７５２、７５３に電流が流れ、トランジスタ７５２、７５３がオン（ＯＮ）する。

トランジスタ７５４、７５５、７５６、７５７、７５８は帰還型の差動アンプを構成し、トランジスタ７５７のゲート電位はトランジスタ７５２のゲート電位とほぼ同じとなる。トランジスタ７６１のドレイン電流はトランジスタ７５７のゲート電位と低電位電源線７７７の差電位を抵抗７６２の抵抗値で割った値となる。その電流をトランジスタ７５９、７６０によって構成されるカレントミラー回路に入力し、カレントミラー回路の出力電流をスイッチ回路１２６に供給する。定電流源回路１２５は本構成に限定されず他の構成を用いても良い。

スイッチ回路１２６はトランスミッションゲート７６５、インバータ７６３，７６４から構成され、インバータ７６４の入力信号によって定電流源回路１２５の電流をバッテリー１０７に供給するか、否かを制御する。スイッチ回路はこの構成に限定されず他の構成を用いても良い。

充電制御回路１１４はトランジスタ７６６〜７７４、抵抗７７５によって構成される。高電位電源線７７６より抵抗７７５を介してトランジスタ７７３、７７４に電流が流れ、トランジスタ７７３、７７４がオン（ＯＮ）する。トランジスタ７６８、７６９、７７０、７７１、７７２は差動型のコンパレーターを構成している。トランジスタ７７０のゲート電位がトランジスタ７７１のゲート電位より低い場合、トランジスタ７６８のドレイン電位はほぼ高電位電源線７７６の電位とほぼ等しくなり、トランジスタ７７０のゲート電位がトランジスタ７７１のゲート電位より高い場合、トランジスタ７６８のドレイン電位はトランジスタ７７０のソース電位とほぼ等しくなる。

トランジスタ７６８のドレイン電位が高電位電源線７７６とほぼ等しい場合、トランジスタ７６７、７６６で構成されるバッファを介して、充電制御回路１１４はロウを出力する。トランジスタ７６８のドレイン電位がトランジスタ７７０のソース電位とほぼ等しい場合、トランジスタ７６７、７６６で構成されるバッファを介して、充電制御回路１１４はハイを出力する。

充電制御回路１１４の出力がロウの場合、バッテリー１０７にはスイッチ回路１２６を介して電流が供給される。また、充電制御回路１１４の出力がハイの場合は、スイッチ回路１２６はオフ（ＯＦＦ）して、バッテリー１０７に電流は供給されない。トランジスタ７７０のゲートはバッテリー１０７に接続されているため、バッテリー１０７が充電され、その電位が充電制御回路１１４のコンパレーターのしきい値を超えると、充電が停止する。本実施の形態ではコンパレーターのしきい値をトランジスタ７７３のゲート電位で設定しているが、この値に限定するものではなく、他の電位であっても良い。一般に設定電位は用途とバッテリーの性能によって適宜決められるものである。なお、バッテリーへの充電回路の構成は、この構成に限定されるものではない。

本実施の形態に示す回路が設けられた電子ペンは、イメージセンサを用いずに表示部に筆記された情報を正確に電子情報として読み取り、該電子情報を記憶することができる。また、本実施の形態に示す回路が設けられた電子ペンは外部から無線で電力が供給され、バッテリーに蓄え、回路動作をおこなうため、電池交換が不要となる。また、無線で充電を行うため、ペンを使用中でも充電することが可能となり、大型の充電池が必要なく、小型で軽量な筆記具を提供することができる。さらに、充電をおこなう際に充電制御をおこなうため、バッテリーが過充電になるのを防ぐことができる。

（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態で使用する薄膜トランジスタを作製する方法について図１８を用いて説明する。なお、本実施の形態では半導体素子としてｎチャネル型薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）、ｐチャネル型ＴＦＴを例に挙げて示すが、本発明において、半導体素子はこれに限定されない。また、この作製方法は一例であって、作製方法を限定するものではない。

まず、絶縁基板８００上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜８０１及び８０２を形成する。例えば、下地膜８０１として酸化窒化シリコン膜を１０ｎｍ〜２００ｎｍ、下地膜８０２として酸化窒化水素化シリコン膜を５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに順に積層形成する。

島状半導体層８０３、島状半導体層８０４は、非晶質構造を有する半導体膜を公知のレーザー結晶化法や熱結晶化法を用いて作製した結晶質半導体膜で形成する。この島状半導体層８０３、島状半導体層８０４の厚さは２５ｎｍ〜８０ｎｍの厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成すると良い。

次いで、島状半導体層８０３、島状半導体層８０４を覆うゲート絶縁膜８０５を形成する。ゲート絶縁膜８０５はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１０ｎｍ〜８０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。

そして、ゲート絶縁膜８０５上に第１の導電層８０６、第１の導電層８０７を形成する。続いて第２の導電層８０８、第２の導電層８０９を形成し、積層された第１の導電層８０６と第２の導電層８０８と積層された第１の導電層８０７と第２の導電層８０９を一括でエッチングを行い、ＴＦＴのゲート電極を形成する。

本実施の形態では、第１の導電層８０６、第１の導電層８０７を窒化タンタルで５０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成し、第２の導電層８０８、第２の導電層８０９をＷで１００ｎｍ〜３００ｎｍの厚さに形成したが、導電層の材料は特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕなどから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成しても良い。

次にｐチャネル型ＴＦＴにｐ型を付与するドーピングを行い、第１の不純物領域８１０、８１１を形成する。続いてｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与するドーピングを行い、第２の不純物領域８１２、８１３を形成する。その後、サイドウォール８１４、８１５を形成して、ｎチャネル型ＴＦＴにｎ型を付与するドーピングを行い第３の不純物領域８１６、８１７を形成する。これらのドーピング方法はイオンドープ法もしくはイオン注入法で行えば良い。以上までの工程でそれぞれの島状半導体層に不純物領域が形成される。

次に、それぞれの島状半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。

次いで、第１の層間絶縁膜８１８を酸化窒化シリコン膜で形成する。第１の層間絶縁膜８１８の膜厚は、ゲート絶縁膜と同程度の１０ｎｍ〜８０ｎｍとする。続いてアクリルなどの有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜８１９を形成する。また、第２の層間絶縁膜８１９として有機絶縁物材料の代わりに無機材料を用いることもできる。無機材料としては無機ＳｉＯ_２やプラズマＣＶＤ法で作製したＳｉＯ_２（ＰＣＶＤ‐ＳｉＯ_２）、ＳＯＧ（ＳｐｉｎｏｎＧｌａｓｓ；塗布珪素酸化膜）等が用いられる。

次に、コンタクトホール８２０、８２１を開口する。そして、島状半導体層のソース領域、ドレイン領域とコンタクトをとる電極８２２〜８２４を形成する。

以上のようにして、ＬＤＤ構造のｎチャネル型ＴＦＴおよびシングルドレイン構造のｐチャネル型ＴＦＴを基板上に形成することができる。

次に、回路部分を形成し、フレキシブル基板へ転写するまでの作製方法について図１９、図２０を用いて説明する。なお、本実施形態では半導体素子として、ｎチャネル型ＴＦＴ、およびｐチャネル型ＴＦＴを例に挙げて示すが、本発明において半導体素子はこれに限定されない。また、この作製方法は一例であって、絶縁基板上での作製方法を限定するものではない。

絶縁基板８００上に剥離層９００を形成する。剥離層９００は、非晶質シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコン、微結晶シリコン（セミアモルファスシリコンを含む）等、シリコンを主成分とする層を用いることができる。剥離層９００は、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて形成することができる。本実施の形態では、膜厚５００ｎｍ程度の非晶質シリコンをスパッタ法で形成し、剥離層９００として用いる。続いて上記に示した作業工程に従い、図１８に示すような回路部分を形成する。

次に、第２の層間絶縁膜８１９上に第３の層間絶縁膜９０１を形成し、パッド９０２、９０３を形成する。パッド９０２、９０３は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌなどの金属、金属化合物を１つまたは複数有する導電材料を用いることができる。

そしてパッド９０２、９０３を覆うように、第３の層間絶縁膜９０１上に保護層９０４を形成する。保護層９０４は、後に剥離層９００をエッチングにより除去する際に、パッド９０２、９０３を保護することができる材料を用いる。例えば、水またはアルコール類に可溶なエポキシ系、アクリレート系、シリコン系の樹脂を全面に塗布することで保護層９０４を形成することができる（図１９（Ａ））。

次に、剥離層９００を分離するための溝９０５を形成する（図１９（Ｂ）参照）。溝９０５は、剥離層９００が露出する程度であれば良い。溝９０５の形成は、エッチング、ダイシング、スクライビングなどを用いることができる。

次に、剥離層９００をエッチングにより除去する（図２０（Ａ）参照）。本実施の形態では、エッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、該ガスを溝９０５から導入する。本実施の形態では、例えばＣｌＦ_３（三フッ化塩素）を用い、温度：３５０℃、流量：３００ｓｃｃｍ、気圧：７９８Ｐａ、時間：３ｈの条件で行う。また、ＣｌＦ_３ガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ＣｌＦ_３等のフッ化ハロゲンを用いることで、剥離層９００が選択的にエッチングされ、絶縁基板８００を剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であっても液体であってもどちらでも良い。

次に、剥離された回路部分を、接着剤９０６を用いて支持体９０７に貼り合わせる（図２０（Ｂ）参照）。接着剤９０６は、支持体９０７と下地膜８０１とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤９０６は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。

支持体９０７として、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。または支持体９０７として、フレキシブル無機材料を用いていても良い。支持体９０７は集積回路において発生した熱を拡散させるために、２〜３０Ｗ／ｍＫ程度の高い熱伝導率を有するのが望ましい。

なお回路部分を絶縁基板８００から剥離する方法は、本実施の形態で示したように珪素膜のエッチングを用いる方法に限定されず、他の様々な方法を用いることができる。例えば、耐熱性の高い基板と集積回路の間に金属酸化膜を設け、該金属酸化膜を結晶化により脆弱化して集積回路を剥離することができる。また例えば、剥離層をレーザー光の照射により破壊し、集積回路を基板から剥離することもできる。また例えば、集積回路が形成された基板を機械的に削除または溶液やガスによるエッチングで除去することで、集積回路を基板から剥離することもできる。

本実施の形態に示すＴＦＴを備えた電子ペンは、イメージセンサを用いずに表示部に筆記された情報を正確に電子情報として読み取り、該電子情報を記憶することができる。また、本実施の形態に示すＴＦＴを備えた電子ペンは外部から無線で電力が供給され、バッテリーに蓄え、回路動作をおこなうため、電池交換が不要となる。また、無線で充電を行うため、ペンを使用中でも充電することが可能となり、大型の充電池が必要なく、小型で軽量な筆記具を提供することができる。

本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。本発明を説明する概念図。

Claims

外部から無線によって充電が可能なバッテリーと、
表面にペン先が接触しているか否かを検出する第１のセンサと、
前記ペン先の動きを検出する第２のセンサと、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサと電気的に接続される制御回路と、
前記制御回路と電気的に接続されるメモリと、を有し、
前記第１のセンサ、前記第２のセンサ、前記制御回路、及び前記メモリは、前記バッテリーより電力供給を受けて動作することを特徴とする電子ペン。
請求項１において、
前記バッテリーは、リチウム電池、リチウムポリマー電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池または、電気二重層コンデンサーであることを特徴とする電子ペン。
請求項１又は請求項２において、前記バッテリーは、定電流源回路と、スイッチ回路と、前記バッテリーの充電状況によって前記スイッチ回路を制御する充電制御回路と電気的に接続されていることを特徴とする電子ペン。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記バッテリーは、前記バッテリーの残量を検出する残量検出回路と、前記残量検出回路の出力を変調する変調回路と電気的に接続されていることを特徴とする電子ペン。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記第１のセンサは、光センサ、圧力センサ、又はＲＦＩＤチップであることを特徴とする電子ペン。
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第２のセンサは、モーションセンサであることを特徴とする電子ペン。
請求項６において、前記モーションセンサは、加速度センサ又は角速度センサであることを特徴とする電子ペン。
外部から無線によって充電が可能なバッテリーと、表面にペン先が接触しているか否かを検出する第１のセンサと、前記ペン先の動きを検出する第２のセンサと、前記第１のセンサ及び前記第２のセンサと電気的に接続される制御回路と、前記制御回路と電気的に接続されるメモリと、を有する電子ペンと、
前記表面及び前記バッテリーを充電するための電磁波を送信するアンテナを有する表示部と、を有し、
前記第２のセンサは、前記表面にペン先が接触していることを前記第１のセンサが検出している場合に前記ペン先の動きを検出し、
前記第１のセンサ、前記第２のセンサ、前記制御回路、及び前記メモリは、前記バッテリーより電力供給を受けて動作することを特徴とする電子ペンシステム。
外部から無線によって充電が可能なバッテリーと、ペン先が接触しているか否かを検出する第１のセンサと、前記第１のセンサと電気的に接続される制御回路と、前記制御回路と電気的に接続されるメモリと、を有する電子ペンと、
前記バッテリーを充電するための電磁波を送信するアンテナと、前記ペン先が接触している場合に前記ペン先の動きを検出する第２のセンサと、を有する表示部と、を有し、
前記第１のセンサ、前記制御回路、及び前記メモリは、前記バッテリーより電力供給を受けて動作することを特徴とする電子ペンシステム。
請求項８又は請求項９において、
前記バッテリーは、リチウム電池、リチウムポリマー電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池または、電気二重層コンデンサーであることを特徴とする電子ペンシステム。
請求項８乃至請求項１０のいずれか一項において、前記バッテリーは、定電流源回路と、スイッチ回路と、前記バッテリーの充電状況によって前記スイッチ回路を制御する充電制御回路と電気的に接続されていることを特徴とする電子ペンシステム。
請求項８乃至請求項１１のいずれか一項において、前記バッテリーは、前記バッテリーの残量を検出する残量検出回路と、前記残量検出回路の出力を変調する変調回路と電気的に接続されていることを特徴とする電子ペンシステム。
請求項８乃至請求項１２のいずれか一項において、
前記第１のセンサは、光センサ、圧力センサ、又はＲＦＩＤチップであることを特徴とする電子ペンシステム。