JP2016528614A - エネルギー節約 - Google Patents

Abstract

本発明は、ペンポジション検出部を備えた電子ペン（２００）に関する。この場合、少なくとも１つの電圧源（２０６）と、少なくとも１つのディジタルコントロールユニット（２１７，１０６）と、筆記芯（２０９）と、少なくとも１つのデータ伝送モジュール（２１９，１０９）と、電子ペン（２００）のポジションおよび／または運動を検出するための少なくとも２つのポジション検出センサ（２０１，２０２，１０１，１０２）とを備え、電子ペン（２００）は、電気エネルギー消費を管理するために、特に電気エネルギー消費を最小限に抑えるために、ディジタルコントロールユニット（２１７，１０６）と接続されたエネルギー管理ユニット（２１８，１１０）を含む、および／または、電気エネルギーを自己発生可能な手段（１０３，１０４，１０５，２０４，２０５，２１２，２１３，２１４，２１５）を含むことを特徴としている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載された形式の電子ペン、請求項１４の上位概念に記載された装置、および請求項１６の上位概念に記載された方法に関する。

日常生活、レジャーならびに仕事において、電子情報およびコミュニケーションシステムの利用、特にパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットおよびスマートフォンの利用が、常に増え続けていることから、ヒューマンマシンインタフェースを向上させる開発に費やす価値がある。

キーボード、マウス、またはタッチ感応型表面といったヒューマンマシンインタフェースのほかに、電子ペンも特に注目されている。電子ペンの利点は特に、ペンを使って何らかの表面に筆記する機能性と単純さを、電子データ処理のいっそう多くの様々な可能性と組み合わせることができる、というものである。その際に望ましいのは、電子ペンが外観と取り扱いとについて、慣用のペンとできるかぎり類似している、ということである。

たとえば国際公開第０２／０７４２４号には、手書き認識のための電子情報システムについて記載されている。このシステムは、ペンと、圧力感応型または誘導感応型の表面を備えたタブレットとを備えており、このシステムによれば、ペンまたはペン先の移動が、タブレットの圧力感応型または誘導感応型の表面によって取得されるか、または加速度センサまたは光学センサによって取得される。

この場合、センサデータをワイヤレスでＰＣに転送可能であり、ＰＣは受信したペン運動データに基づき、手書き認識を実行することができる。

しかしながら、手書き認識のための公知の電子情報システムの欠点は特に、電子ペンが動作中にかなり多くのエネルギー量を必要とすることであり、これは特に、電子ペンが筆圧に関する圧力センサデータのようなデータをシステムに送信するときに必要とされ、このことは電子ペンの動作可能時間に大きな影響を及ぼす。

国際公開第０２／０７４２４号

したがって本発明の課題は、電子ペンを特にそのエネルギー効率に関して改善することにある。

本発明によればこの課題は、請求項１記載の電子ペン、請求項１４記載の装置、および請求項１６記載の方法によって解決される。

従属請求項には、有利な実施形態およびその他の発展形態が記載されている。

本発明によれば、ペンポジション検出部を備えた電子ペンは、少なくとも１つの電圧源と、少なくとも１つのディジタルコントロールユニットと、筆記芯と、少なくとも１つのデータ伝送モジュールと、電子ペンのポジションおよび／または運動を検出するための少なくとも２つのポジション検出センサたとえば加速度センサと、を含んでいる。

ペンポジションおよびペン運動の検出に適した「ポジション検出センサ」という用語はたとえば、加速度センサおよび／または回転速度センサといった一次元センサまたは二次元センサまたは三次元センサを含むものであり、たとえばこの場合、電子ペンの運動を、たとえば加速度信号などのようなセンサ信号の一重積分により検出可能であり、さらに電子ペンのロケーションまたはポジションを、たとえば加速度信号などのようなセンサ信号の二重積分によって検出可能である。たとえば、すべてのポジション検出センサが加速度センサであるようにしてもよい。

上述のポジション検出センサは特に、たとえば空間における電子ペンの相対運動および相対ポジションを導出可能なデータを供給することができる。

さらに考えられるのは、ドリフト補償のために付加的な磁場センサを利用することであり、このセンサによって、電子ペンの定常動作中、定常的な参照信号が供給され、この信号を利用して、積分されたセンサ信号のドリフトを補償することができる。

これに加え電子ペンは、電気エネルギー消費を管理するために、特に電気エネルギー消費を最小限に抑えるために、ディジタルコントロールユニットと接続されたエネルギー管理ユニットを含むことができ、および／または、電気エネルギーを自己発生可能な手段を含むことができる。

これにより得られる利点とは、エネルギー管理ユニットおよび／または電気エネルギー自己発生手段を備えていない電子ペンよりも、電子ペンの動作可能時間または稼動寿命を著しく延ばすことができる、ということである。

したがって有利には本発明による電子ペンによれば、準備なしでほとんどいつでも、特にユーザにとって快適な長期にわたる利用時間またはアクティブ動作時間を伴って、手で筆記基材に付与可能および／またはジェスチャ運動によって制御可能なあらゆるものの入力手段として用いる可能性が得られるようになる。電子ペンの運動データを、筆記認識またはジェスチャ認識といった電子処理のために、および／または、たとえばオフィスコンピュータ、ラップトップ、タブレットコンピュータ、またはモバイルフォンなどのような外部の電子データ処理ユニットに表示するために、ディジタル形式で供給することができる。

当然ながら、本発明による電子ペンをたとえば慣用のように、一例として軽やかな滑りのイージーグライド筆記ペーストにより機能する筆記芯を利用した筆記または線描のために、使用可能である。

この電子ペンは、エネルギー消費がそれぞれ異なる少なくとも以下の３つの動作モードまたはオペレーティングモードを含むことができ、すなわちアクティブモード、スタンバイモードおよびオフモードを含むことができ、この場合、エネルギー管理ユニットはこれらの動作モードを管理することができ、特に動作モード移行を制御することができる。

さらにアクティブモードは特に、測定モードとチェックモードとを有することができる。特にたとえば測定モードにおいて、ポジション検出センサのデータが記録され、たとえばチェックモードにおいて、電圧供給がチェックされ、および／または、データ伝送状態がチェックされ、および／または、上述のポジション検出センサから導出されたデータがチェックまたは照合される。

なお、オフモードがエネルギーを消費する場合も考えられる。その理由は、このモードにおいても、オフモードからスタンバイモードまたはアクティブモードへ、ユーザが望む移行を実行できるよう、電子コンポーネント特にポジション検出センサたとえば加速度センサおよび／またはデータ伝送モジュールの状態および／またはデータを分析または照合する目的で、電子ペンへの電気エネルギー供給が必要とされる場合もあるからである。

この場合、ディジタルコントロールユニットおよび／またはエネルギー管理ユニットのクロックレート、または既述の電子コンポーネントの状態問い合わせのサンプリングレートを、スタンバイモードまたはアクティブモード中に使用されるクロックレートまたはサンプリングレートよりも低くすることができる。

たとえば電子ペンのアクティブモード中、センサ素子特にポジション検出センサからのデータのサンプリングレートは、十分な精度で筆記運動を検出するためには、少なくとも４０Ｈｚは必要とされる可能性があるのに対し、スタンバイモード中および／またはオフモード中はサンプリングレートを低減することができ、たとえばスタンバイモード中は４０Ｈｚよりも低いところに設定することができ、好ましくは５〜２０Ｈｚに設定することができ、オフモード中は１Ｈｚ以下まで下げることができる。

データ伝送モジュールがデータたとえばペンポジションデータ、電圧源のエネルギー状態、筆記芯の充填レベル、筆圧力などを、たとえば外部のデータ処理ユニットまたはデータ分析ユニットなどのような受信システムへ送信する際に用いる通信レートまたはデータ伝送レートと、このサンプリングレートとを、区別することができる。この場合、上述の伝送すべきデータを、個別におよび／またはグループごとに送信してもよいし、および／または、１つまたは複数のサンプリング周期のデータを組み合わせて、１つまたは複数のパケットを生成してから、それらのパケットを受信システムに送信してもよい。アクティブモード中は、たとえば毎秒０．２〜５またはそれよりも多くの通信という通信レートまたはデータ伝送レートを、スタンバイモード中は、毎秒０．２の通信よりも少なくなるまで低減することができる。

たとえば標準規格Bluetooth 4.0の低エネルギーモード（BLE）といった適切なプロトコルを利用した場合には、通信またはデータ伝送を完全に停止することも可能である。

オフモード中、たとえばデータ伝送モジュールを完全にスイッチオフしてもよいし、または極めて低速な通信レートにしてもよく、たとえば毎秒／毎時／毎日１回よりも少ない通信レート、あるいはそれよりもさらに少ない／低速な通信レートにしてもよい。

スタンバイモード中および／またはオフモード中にさらに可能であるのは、電子ペンにおいてデータを供給する電子コンポーネントの一部またはすべての電子コンポーネントのセンサシステムを、部分的にスイッチオフすることであり、あるいは一部だけについて問い合わせることである。つまりたとえば、スタンバイモード中、複数のポジション検出センサおよび／または他の複数のセンサのうち、１つまたは２つのセンサだけについて問い合わせが行われる。

したがって、電子ペンにおいてデータを供給するすべてのコンポーネントのサンプリングレートを、および／または、電子ペンのデータ伝送モジュールの通信レートおよび／またはデータ伝送レートを、電子ペンの動作モードに応じて制御することができるように、ディジタルコントロールユニットおよび／またはエネルギー管理ユニットを構成することができる。

もちろん、ユーザの能動的な操作またはアクティビティに基づき、たとえば筆記芯を押し出したり引っ込めたりすることによって、またはオン／オフスイッチを作動することによって、電子ペンをスイッチオンまたはスイッチオフすることも考えられる。能動的なオン／オフスイッチ操作によって得られる利点は特に、オフモード中の電子ペンのエネルギー消費を最小限に抑えられることであり、特定の状況では完全にスイッチオフ可能なことである。

ただし、電子ペンを使用しないとき、ユーザが能動的なユーザ操作またはアクティビティで電子ペンを必ずスイッチオフするとは考えられないので、本発明によるエネルギー管理によれば、エネルギー管理ユニットを用い電子コンポーネントのデータに基づいて、電子ペンの目下の利用状態を同定するのが有利となる可能性があり、これにより目下の利用状態の情報をベースに動作モードの移行を行うことができ、たとえば電子ペンのポジションおよび／または運動において所定の非活性状態が識別されたならば、電子ペンをオフモードおよび／またはスタンバイモードに移行させることができる。

その際に好ましくかつ有利になる可能性があるのは、１つまたは複数の動作モードから、必要とされるエネルギーが多くなるモードへの移行を、１つまたは複数の動作モードから、必要とされるエネルギーが少なくなるモードへの移行よりも、短い待ち時間で実行することである。換言すれば、アクティブモードへの移行を、スタンバイモードまたはオフモードへの移行よりも高速に識別して実行することができる。その理由はたとえば、電子ペンのポジションおよび／または運動および／または周囲光の非活性状態は、所定の状況下では、ユーザが電子ペンを使用しているときの短期間の中断を表すにすぎない場合もあるからである。

本発明による電子ペンのバッテリ充電あたりの稼動寿命または利用時間を、少なくとも２ヶ月、３ヶ月、５ヶ月または６ヶ月とすることができ、この場合、本発明による電子ペンのエネルギー消費を、アクティブモードではたとえば３ｍＷｈよりも少なくすることができ、スタンバイモードでは０．２ｍＷｈよりも少なく、オフモードでは０．０２３ｍＷｈよりも少なくすることができる。

電子ペンにおける各コンポーネントの動作電圧を、たとえば１〜１０Ｖとすることができ、好ましくは２〜４Ｖとすることができる。既述の稼動寿命時間を、電圧源としてバッテリを用いて達成することができる。たとえば、２１０ｍＡｈである１つの３Ｖリチウムボタン電池によって、または１．４Ｖで６５０ｍＡｈである２つの空気亜鉛ボタン電池（タイプ９７５）によって、達成することができる。これらの電圧源を、後述の電気エネルギー発生手段によって支援することができる。なお、ここで前提とすることができるのは、電子ペンは、１年（８７６０時間）のうち２０〜７００時間はアクティブモード、１６〜５６０時間はスタンバイモード、そして８０６０〜８７４０時間はオフモードである、ということである。

さらにこの電子ペンは、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータを備えることができる。

これによって得られる利点とは、電気エネルギー発生手段（下記参照）により供給される電気エネルギーまたは電圧を、必要に応じて望ましい電圧レベルに変換することができることであり、それというのも、いくつかの状況下では上述の手段は本来の特性として、電子ペンの動作または電子ペンの各電気コンポーネントの動作に望ましい電圧に対応する電圧で、電気エネルギーを常に供給するとは限らないからである。

少なくとも１つの電圧源のほか、この電子ペンは、自己発生電気エネルギーのための付加的なエネルギー蓄積器を備えることができる。たとえばこのエネルギー蓄積器を、再充電可能なバッテリとすることができる。

当然ながら同様に考えられるのは、少なくとも１つの電圧源を、電子ペンの自己発生電気エネルギーによって再充電できるようにし、たとえばそれ自体を再充電可能なバッテリとすることである。

さらにこの電子ペンは、１つまたは複数のフォトセルを含むことができ、このフォトセルは、電子ペン周囲の光強度を測定し、十分な光強度があるときに電気エネルギーを発生し、その電気エネルギーを電子ペンに供給できるように構成されている（たとえば周辺または周囲の光強度が５０ｌｕｘよりも強いとき）。したがってフォトセルを、一例として電気エネルギー発生手段として実装することができる。

好ましくは、少なくとも１つのフォトセルを、電子ペン周囲の光強度を測定するように構成することができ、エネルギー管理ユニットを、以下のように構成することができる。すなわち、少なくとも１つまたは複数のフォトセルによって測定された光強度が、予め定められた光強度下回り最小期間（たとえば５秒または１０秒よりも長い期間）にわたり、予め定められた光強度閾値（たとえば１ｌｕｘよりも弱い強度）を下回ると、および／または、少なくとも１つまたは複数のフォトセルによって測定された光強度が、予め定められた光強度上回り最小期間（たとえば１秒または５秒よりも長い期間）にわたり、予め定められた光強度閾値（たとえば１ｌｕｘよりも強い強度）を上回ると、エネルギー管理ユニットが電子ペンの少なくとも１つの動作モード移行を実行できるように、構成することができる。たとえばフォトセルにより測定された光強度が、予め定められた光強度下回り最小期間にわたり、予め定められた光強度閾値を下回った場合には、アクティブモードからオフモードへの移行を、スタンバイモードへの一時的な移行を伴って、または伴わずに、実行することができ、および／または、予め定められた光強度上回り最小期間にわたり、光強度が予め定められた光強度閾値を上回った場合には、オフモードからアクティブモードまたはスタンバイモードへの移行を、実行することができる。

このことにより特に、電子ペン周囲で発生している光条件または光強度から、電子ペンが使用されていないことが表されたならば、電子ペンのエネルギー消費を低減できる、という利点が得られる。

この状況が発生する可能性があるのはたとえば、電子ペンがバッグ、ホルダまたは衣類の中にある場合であり、あるいは１つまたは複数のフォトセルが封止キャップによって覆われたとき、または電子ペンまたはフォトセルが書類によって覆われたとき、または電子ペンが置かれている室内が、たとえば人工的な室内光がスイッチオフされた後という理由で、または十分な自然光が不足していることに起因して、単に暗すぎる場合である。さらにオフモードを、電気負荷がスイッチオンされないように構成することができる。

もちろんこれとは逆に、少なくとも１つのフォトセルがたとえば、周囲光条件の相応の変化を検出したときに、ペンのエネルギー管理ユニットが、オフモードからスタンバイモードおよび／またはアクティブモードへの移行を実行することもでき、つまりたとえば、予め定められた閾値下回り最小期間（たとえば１秒または５秒よりも長い期間）にわたり、光強度が予め定められた光強度閾値を上回った場合、たとえば封止キャップを外した後、ホルダを開いた後など、電子ペンを利用できるようになったことを表す場合に、この移行を実行することができる。

さらに電子ペンのエネルギー管理ユニットを、以下のように構成することができる。すなわち、予め定められた閾値下回り最小期間（たとえば５秒、１０秒または２０秒よりも長い期間）にわたり、ポジション検出センサまたは他のセンサの値が、予め定められた測定アクティビティ閾値を下回ったならば、および／または、予め定められた閾値上回り最小期間（たとえば０．１秒または１秒よりも長い期間）にわたり、ポジション検出センサまたは他のセンサの値が、予め定められた測定アクティビティ閾値を上回ったならば、エネルギー管理ユニットは、電子ペンの少なくとも１つの動作モード移行を実行できるようにするのである。

たとえば予め定められた測定アクティビティ閾値を、筆記芯の目下の押圧力の予め定められた値とすることができ、つまり予め定められた筆圧力値とすることができる。

上述の予め定められた閾値下回り最小期間にわたり、一例として軸線方向の押圧力が存在しない場合などに、たとえば筆記芯の予め定められた軸線方向の押圧力値を目下の押圧力値が下回ったならば、エネルギー管理ユニットは、電子ペンの少なくとも１つの動作モード移行を実行することができる。

同様に、上述の予め定められた閾値上回り最小期間にわたり、一例として軸線方向の正の押圧力または正の筆圧の発生に起因して、たとえば筆記芯の予め定められた軸線方向の押圧力値を目下の押圧力値が上回ったならば、エネルギー管理ユニットは、電子ペンの少なくとも１つの動作モード移行を実行することができる。

オプションとしてのこの特徴によっても、有利には電子ペンのエネルギー消費を低減することができる。たとえば、電子ペンが傍らに置かれていたならば、つまり電子ペンが長時間にわたりユーザの手から離れて置かれていたならば、このことは、上述の閾値下回り最小期間にわたり、ポジション検出センサの値が予め定められた測定アクティビティ閾値を下回ったことによって、認識することができ、電子ペンのエネルギー管理ユニットは、スタンバイモードおよび／またはオフモードへの動作モード移行を実行することができる。

他方、当然ながらこれとは逆に、電子ペンの管理ユニットは、以下の場合のときに、オフモードからスタンバイモードおよび／またはアクティブモードへの移行を実行することができる。すなわち一例として、たとえばユーザが電子ペンを手に取り、電子ペンを利用しようとしているか、または利用できるようにしていることを、予め定められた閾値上回り最小期間にわたり、ポジション検出センサおよび／または他のセンサの値を、予め定められた測定アクティビティ閾値を上回ったことに基づき、導き出すことができる場合である。

電子ペンはさらに、筆記芯と結合可能な力センサを備えることができる。

このようにすることによって特に、軸線方向の押圧力または筆圧力を測定することができ、エネルギー管理ユニットを以下のように構成することができる。すなわち、力センサにより測定された力に基づき、一例として、予め定められた閾値下回り最小期間たとえば５秒、１０秒または２０秒よりも長い期間にわたり、測定された押圧力が予め定められた押圧力閾値を下回った場合（たとえば０．０５Ｎよりも小さい場合）、および／または、予め定められた閾値上回り最小期間（たとえば０．１秒または１秒よりも長い期間）にわたり、予め定められた押圧力閾値を上回った場合（たとえば０．０５Ｎよりも大きい場合）、エネルギー管理ユニットは、電子ペンの少なくとも１つの動作モード移行を実行するように構成するのである。

上述の実施例ですでに述べたように、このようにすることによって有利には、電子ペンのエネルギー消費を低減することができ、いっそう良好に管理することができる。一例として、筆記芯がたとえば紙などの筆記基材との接触に起因して、または筆記中に発生する筆圧力に起因して、たとえば、予め定められた閾値上回り最小期間にわたり、測定された押圧力が予め定められた押圧力閾値を上回ったならば、エネルギー管理ユニットは、電子ペンのアクティブモードを起動することができ、またはアクティブモードへ移行させることができる。

これとは逆にたとえば、十分に大きい筆圧力が存在しない場合、または、予め定められた閾値下回り最小期間にわたり、力センサにより測定された押圧力が予め定められた押圧力閾値を下回ったならば、エネルギー管理ユニットは、動作モードをアクティブモードからスタンバイモードまたはオフモードに移行させることができる。

フォトセルを利用して電気エネルギーを発生させ、その電気エネルギーを電子ペンへ供給できるようにした既述の構成のほかに、さらに考えられるのは、電子ペンの周囲環境および／または使用動作から電気エネルギーを発生させる別の手段を、電子ペンにさらに装備できるようにすることである。このコンセプトのことを、いわゆるエネルギーハーベスティングないしは環境発電と呼ぶこともできる。この場合、エネルギー発生に関して、主として、機械的または動力学的な手法と、光電的または熱電的な手法とは、明確に異なるものであるといえる。やはりここで述べておきたいのは、電気エネルギー発生のための機械的または動力学的なエネルギーは、主としてアクティブモード中に利用可能とすることができるのに対し、光電的および／または熱電的な手法は、スタンバイモード中および／またはアクティブモード中であっても、エネルギー発生のために利用可能とすることができる、ということである。

たとえば電子ペンに、１つまたは複数の太陽電池を設けることができ、これによって周囲光から電気エネルギーを発生可能であり、そのエネルギーを電子ペンに供給可能である。

標準的な光起電力セルのほか、いわゆる光起電力集光器も利用することができ、これはまずは光電素子によって周囲光を捕捉し、光起電力エネルギー発生の効率を高める目的で、捕捉した光を光起電力セルに集光させる。

光電方式を利用することによって、０．１３ｍＷｈまでの電気エネルギー利得を得ることができ、それを電子ペンが利用できるようにすることができる。

熱電発電素子は、ゼーベック効果に従い温度勾配の存在に基づき、電気エネルギーを発生させることができる。

たとえば熱電発電素子は、電子ペンのユーザの手の温度と周囲温度との温度差を利用することができる。この場合たとえば、筆記中に電子ペンのユーザが電子ペンを保持する場所である、電子ペンの１つの個所または１つの部位に、熱電発電素子の１つの部分を設け、その部分がユーザの手から熱エネルギーを受け取るようにし、電子ペン表面の別の露出個所から熱エネルギーを再び周囲に放出させるようにする。このようなケースではたとえば、周囲温度はユーザの手の温度よりも低い。

ただし逆のケースであっても、電気エネルギーを発生させることができる。つまり、周囲温度がユーザの手の温度よりも高いケースである。この場合、電子ペンの周囲環境と接触している熱電発電素子部分が、周囲から熱エネルギーを受け取ることができ、ユーザの手と接触している熱電発電素子部分を介して、ユーザの手に熱エネルギーを放出させることができる。

熱電発電素子について考えられるさらに別の形態として、電子ペンハウジング内部で、絶縁された蓄熱器を利用することを挙げることができる。電子ペンの表面は絶縁された蓄熱器よりも、周囲温度および／またはユーザの手の温度の温度変化に迅速に追従可能であることから、電子ペン表面と上述の蓄熱器との間で方向の変化を伴いながら熱流を発生させることができ、その熱流から電気エネルギーを発生させることができる。

本発明による電子ペンは、熱電方式により有利には０．０５ｍＷｈまたはそれよりも多くの電気エネルギーを発生させることができる。

さらに電子ペンは、圧電発電素子を備えることもでき、これによって電気エネルギーを発生可能であり、そのエネルギーを電子ペンが利用できるようにすることができる。

筆記中、たとえば筆記芯によって、０．３Ｎ〜３Ｎまでの押圧力が筆記機材に加わる可能性があり、この場合、一例として、２００μｍ〜１０００μｍの筆記芯の変位が発生する可能性があり、つまりそのつど６０μＪ〜３０００μＪのエネルギーが、機械的に発生する可能性がある。たとえば毎秒３〜５の筆記芯ストロークまたは筆記芯変位であれば、これは０．２ｍＷ〜１５ｍＷの機械動力に相応する可能性がある。

効率と変換損失を考慮すると、筆記芯と結合された電子ペンの圧電発電素子は、機械動力の少なくとも２０％〜５０％を電気エネルギーに変換することができる。

ここで考えられるのは、圧電発電素子をたとえば、筆記芯と結合された力センサに統合することである。

さらに電子ペン使用中に並進運動および／または回転運動によって引き起こされた動力学的エネルギーを、ばねおよび／または歯車部材および／またはラチェット構造を備えたテンショニング部材に蓄積することができ、そのエネルギーを圧電発電素子を介して電気エネルギーに変換することができる。

したがって本発明による電子ペンの場合、機械的または動力学的なエネルギーから圧電方式を利用して、１ｍＷｈまたはそれよりも大きい値の電気エネルギーを発生させることができる。

既述のように、ディジタルコントロールユニットおよび／またはエネルギー管理ユニットを、以下のように構成することができる。すなわち、電子ペンにおいてデータを供給するコンポーネントのサンプリングレートを、たとえばポジション検出センサおよび／またはフォトセルおよび／または力センサおよび／または磁場センサのサンプリングレートを、および／またはデータ伝送モジュールの通信レートを、電子ペンの動作モードに応じて制御可能であるように、構成されている。その際、サンプリングレートの具体例として値の範囲を、４０Ｈｚ以上の値（アクティブモード）、４０Ｈｚよりも低い値、好ましくは５Ｈｚ〜５０Ｈｚ（スタンバイモード）、ならびに１Ｈｚ以下の値（オフモード）、となるようにすることができる。

また、データ伝送モジュールの通信レートまたはデータ伝送レートの具体例として、値の範囲を、毎秒０．２〜５またはそれよりも多くの通信（アクティブモード）、毎秒０．２よりも少ない通信（スタンバイモード）、ならびに毎秒／毎分／毎日１つの通信よりも長い間隔（オフモード）とすることができ、あるいはデータ伝送モジュールがスイッチオフされているときには、０つまり通信がまったく伝送されないようにすることができる。

さらにこの場合、エネルギー管理ユニットおよび／またはディジタルコントロールユニットによって、電子ペンのセンサごとに個々に、または電子ペンのデータ供給コンポーネントごとに、サンプリングレートを調整および制御することができる。さらにセンサの一部分だけに対し、問い合わせを行ってもよい。

これらのエネルギー管理オプションによって、特にエネルギー管理ユニットが設けられていない電子ペンと対比すると、電子ペンのエネルギー消費をはっきりと低減することができる。

電子ペンのデータ伝送モジュールの効率およびエネルギー効率を有利に向上させるために、電子ペンの回路支持体の電気導体路を、データ伝送モジュールのアンテナとしてこれを利用できるように、構成することができる。

エネルギー効率を向上させるさらに別の手法を、ポジション検出センサとして加速度センサだけを利用することにより実現することができる。それというのも加速度センサは一般に、たとえば回転速度センサなどよりも僅かなエネルギーしか消費しないからである。

したがって、ペンポジションを電子的に検出するための装置が、これまで述べてきた特徴を任意に組み合わせた電子ペンと、この電子ペンのデータ伝送モジュールから送信されたデータを受信する少なくとも１つのデータ受信モジュールと、受信したデータを分析および処理する外部のデータ処理ユニットと、データディスプレイユニットと、データ記憶ユニットとを含むことができる。

有利にはデータ処理ユニットは、エネルギー管理設定ユニットを含むことができ、このユニットを利用して、電子ペンのエネルギー管理ユニトを設定することができる。

たとえばここで考えられるのは、ユーザがそれぞれ異なるユーザプロフィルまたはエネルギー管理プロフィルをセットすることであり、たとえばその際に、センサシステムのサンプリングレート、ディジタルコントロールユニットのクロックレート、センサ信号閾値等を、種々の動作モードについて規定することができる。

これらに加え、データ伝送モジュールを介して送信された電子ペンのペンポジションデータ、および／または、ペン状態データに関して、計算を集中的に処理するステップおよび／または記憶を集中的に処理するステップを、外部のデータ処理ユニットまたはデータ分析ユニットに担わせてもよい。このことによっても、電子ペンのエネルギー消費を節約できるし、またはエネルギー消費節約に寄与することができる。

これらに加え、ペンポジションを電子的に検出するための本発明による装置は、筆記基材を有することができ、この場合、筆記基材を、タッチ感応型センサ表面または慣用の筆記基材特にたとえば紙、とすることができる。

筆記用紙などのような慣用の筆記基材を使用した場合には、筆記基材としてタッチ感応型センサ表面を使用した場合よりも、有利にはデータ伝送レートを小さくすることができ、または低減することができる。

たとえばディスプレイのタッチ感応型センサ表面の代わりに、慣用の筆記基材上で電子ペンを使用する場合、ペンから受信システムへ送信されるデータのデータ伝送レートを、ディスプレイ上でじかに筆記される場合よりも、著しく小さくすることができる。

筆記されたものはディスプレイ上に表示されることから、入力に対するフィードバックをユーザがほぼリアルタイムで見られるように、このディスプレイには５０ｍｓよりも僅かな遅延で、データが表示されるようにしなければならない。このためには、少なくとも２０Ｈｚのデータ伝送レートが必要とされることになる。

他方、たとえば慣用の筆記芯を利用して、電子ペンで慣用の筆記基材上に筆記する場合、筆記中のユーザの注意と集中は筆記基材に向かっているため、ほぼリアルタイムでディスプレイに表示させる必要がない。

したがって、慣用の筆記基材を使用したこのようなケースでは、本発明による電子ペンを、１Ｈｚ以下のデータ伝送レートまたはデータ伝送周波数で動作させることができ、その結果、エネルギーを著しく節約できるようになる。

このため電子ペンは、筆記基材の存在を検出できる手段または筆記基材の種類を識別できる手段を有することができる。筆記基材の識別をたとえば、既述の力センサを用いて達成することができ、その場合たとえば、予め定められた閾値上回り最小期間（たとえば０．１秒または１秒よりも長い期間）にわたり、押圧力が予め定められた押圧力閾値を上回ったならば（たとえば０．０５Ｎよりも大きければ）、筆記基材が筆記用紙であると識別することができる。

たとえばタッチ感応型センサ表面、筆記用紙等といった様々な種類の筆記基材の検出および識別に基づいて、なお、その際にはたとえば押圧力が押圧力閾値を下回っていれば、または押圧力がなければ、固体ではない筆記基材たとえば空気であると認識することも可能であるが、筆記モードまたはアクティブモードにおいて、データ伝送モジュールを様々なデータレートで駆動することができる。

本発明によるペンポジションの電子的な検出方法によれば、本発明による電子ペンのエネルギー消費を、エネルギー管理ユニットによって管理することができ、この場合、電子ペンは、その動作に必要なエネルギーの少なくとも一部を自身で発生させることができ、その際、電子ペンは、自身のデータ伝送モジュールを介して、データ特にペンポジションデータを、外部のデータ処理ユニットまたはデータ分析ユニットへ送信することができる。

本発明による電子ペンの実施例の基本構成要素を示す図 本発明による電子ペンの実施例を示す図 本発明による電子ペンの別の実施例を示す図 本発明による電子ペンの実施例の状態図を示す図

図１には、本発明による電子ペンの基本構成要素の一部分が、概略的に例示されている。これらの基本構成要素には、上述の特徴すべてを任意の組み合わせで含めることができる。

たとえばこの場合、電子ペンは、電子ペンのポジションおよび／または運動を特定できるようにする目的で、少なくとも２つのポジション検出センサ１０１，１０２を含むことができる。

これに加え電子ペンは、電子ペンの筆記芯と結合可能な力センサ１０３を備えることができ、この力センサ１０３は、たとえば筆記芯を筆記基材上に配置したとき、および／または筆記基材上で動かしたときに発生する可能性のある、筆記芯に及ぼされる押圧力と同等のまたはそれに比例する力を、測定することができる。

この場合、ポジション検出センサ１０１，１０２および力センサ１０３は、ディジタルコントロールユニット１０６とエネルギー管理ユニット１１０の双方と、接続ライン１２１，１１３，１２３を介して接続可能である。

上述のように、圧電発電素子を力センサ１０３に組み込むことも可能であって、これによれば、筆記芯の運動に基づく機械的または動力学的ないわゆるエネルギーハーベスティングないしは環境発電によって、電気エネルギーが得られるようになる。

さらに力センサ１０３のほかにも、機械的または動力学的なエネルギーハーベスティング手段１１２として、別の手段１０４も利用することができ、この手段はたとえば、並進運動エネルギーおよび／または回転運動エネルギーを蓄積することができる。このようなエネルギーは、電子ペンの使用中、たとえばばねおよび／または歯車部材および／またはラチェット構造から成るテンショニング部材において発生する可能性があり、圧電発電素子を介して電気エネルギーに変換することができる。

さらに既述のように、電気エネルギー発生手段１０５も利用することができ、この手段を熱電方式または光電方式に基づくものとすることができる。

電子ペンの動作のために、収集されたエネルギーすなわちハーベスティングエネルギーをいっそう良好に利用できるようにする目的で、力センサおよび／または手段１０４，１０５から発生した電気エネルギーを、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７，１０８を介して望ましい適切な電圧に変換することができる。

発生された電気エネルギーを、電気接続ライン１１７，１１６を介してエネルギー管理ユニット１１０へ搬送することができる。この場合、エネルギー管理ユニット１１０を、電気エネルギーのためのエネルギー蓄積器１１１と、接続ライン１２０を介して接続することができ、必要に応じて電気エネルギーを電気コンポーネントへ、特にデータ伝送モジュール１０９および／またはポジション検出センサ１０１，１０２および／または力センサ１０３および／またはディジタルコントロールユニット１０６へ、電気接続ライン１１５，１１３，１１４を介して供給することができる。

エネルギー管理ユニット１１０は、ディジタルコントロールユニット１０６と接続ライン１２１を介して接続可能であり、他のすべての電子コンポーネントが接続線１１８，１１９，１２１，１２２，１２３を介してディジタルコントロールユニット１０６と接続可能であることから、エネルギー管理ユニット１１０は、それら他のすべての電子コンポーネントと間接的に通信を行うことができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７，１０８は、電気エネルギー搬送のために、電気接続ライン１０８〜１２４，１２５を介してエネルギー管理ユニット１１０と接続可能である。

図２には、本発明に従って実現可能な電子ペン２００の１つの実施例が示されている。

ここで述べておくと、既述の利点を達成するために、上述の特徴すべてを任意のコンビネーションで組み合わせてもよい。ただしわかりやすくするため、図２には上述の特徴の一部または組み合わせの一例が示されているにすぎない。

電子ペン２００は、ハウジング２１０を有することができる。好ましくはこのハウジング２１０は、慣用的なペンの幾何学的形状を有することができ、つまりたとえば主として円筒状の形状を有することができる。さらに考えられるのは、立方体状または多面体状のハウジング形状であり、あるいは凸状または凹状の多角形の横断面を有する柱状体である。

電子ペン２００を、たとえば長さ９０ｍｍ〜２００ｍｍ、平均直径５ｍｍ〜２０ｍｍにすることができる。

電子ペン２００が筆記芯２０９を含むようにすることができ、これは回路支持体スリーブ２０８の第２部分２２３によって保持および包囲可能である。筆記芯２０９を、力センサ２０３に結合することができる。力センサ２０３は、特にすでに述べたように、たとえば筆圧力を測定することができ、かつ、筆記芯２０９の運動から電気エネルギーを発生させて、電子ペン２００の動作のためにその電気エネルギーを供給する目的で、圧電発電素子部材２０４を含むことができる。

回路支持体スリーブ２０８の第１部分２０７にはたとえば、電気エネルギー発生手段を含めることができ、たとえば圧電発電素子２０５を含めることができ、この素子は、たとえばばねおよび／または歯車部材から成る、および／またはラチェット構造を介した（図示されていない）テンショニング部材において、電子ペンの並進運動および／または回転運動の動力学的エネルギーを、機械的に蓄積することができ、蓄積された機械的エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。

さらに回路支持体スリーブ２０８の第１部分２０７は、電圧源２０６たとえばバッテリを収容することができ、これは必要に応じて再充電することもできる。

電子ペン２００のすべての電子コンポーネントのデータを（図示されていない）外部のデータ処理ユニットへワイヤレスで送信可能なデータ伝送モジュール２１９を、回路支持体スリーブ２０８のこの部分２０７に配置することができる。

上述のように、たとえばディジタルコントロールユニット２１７と共働して、電気エネルギー消費特に電気エネルギー発生手段を制御および管理可能なエネルギー管理ユニット２１８を、さらに同様にディジタルコントロールユニット２１７も、電子ペン２００のこのエリアに配置することができ、その際、ディジタルコントロールユニット２１７を、エネルギー管理ユニット２１８および電子ペン２００の他のすべての電子コンポーネントと接続することができる。

第１のポジション検出センサ２０１も、回路支持体スリーブ２０８の第１部分２０７に配置することができる。第２のポジション検出センサ２０２をたとえば、回路支持体スリーブ２０８の第２部分２２３において、筆記芯先端２１１にさらに近づけて配置することができる。ポジション検出センサ２０１，２０２の配置は一例にすぎず、それらを回路支持体スリーブ２０８および／またはハウジング２１０の他の部分に配置してもよい。

回路支持体スリーブの部分２０７を、電子ペン２００のハウジング部分２２０によって包囲することができる。

筆記芯先端２１１とは反対側に位置するハウジング２１０の終端部に、電気エネルギー発生手段たとえば太陽電池２１４を含めてもよく、これを純然たる光起電力セルとして設計してもよいし、または光起電力集光器として設計してもよい（上述の記載参照）。

実現可能な別の電気エネルギー発生手段を、既述のように熱電方式に基づくものとすることができる。この目的で熱電発電素子の第１部分２１２を、たとえば電子ペンのユーザがペンを保持しペンで筆記するために、手の指で利用するハウジング部分２２１に組み込むことができる。

熱電発電素子の第２部分２１３を、周囲との接触が可能な場所特に周囲空気との接触が可能な場所であるハウジング部分２２０に配置することができる。

熱電発電素子の２つの部分２１２と２１３との間に温度勾配が発生すると、上述のようにゼーベック効果によって電気エネルギーを発生させることができ、それを電子ペンに供給することができる。

ハウジング部分２２２内部に、たとえばフォトセル２１５を配置することができ、これはたとえば、ハウジング部分２２２の開口部２１６を通過して入射する周囲光の強度を測定することができ、測定したデータをエネルギー管理ユニット２１８および／またはディジタルコントロールユニット２１７に転送することができる。上述のようにたとえば、エネルギー管理ユニット２１８は測定された周囲光強度に基づき、動作モードの移行を生じさせることができ、たとえば周囲光強度が、所定の閾値下回り最小期間にわたり予め定められた光強度閾値を下回ったならば、電子ペンをアクティブモードからスタンバイモードへ、またはオフモードへ、移行させることができる。

電子ペン２００は、封止キャップ（図示せず）を有することもでき、これによってたとえば開口部２１６を覆うことができ、つまりユーザは、たとえば封止キャップを付けたり外したりすることで、フォトセルへの周囲光の入射を阻止したり許可したりすることができ、したがって電子ペン２００の動作モード移行を間接的に生じさせることができる。たとえば、キャップを付ければ、動作モードはオフモードに移行し、キャップを外せば、動作モードはスタンバイモードまたはアクティブモードに移行する。

フォトセル２１５の配置は一例にすぎない。これを異なるハウジング部分に配置してもよく、たとえばハウジング２１０の外面に配置してもよいし、ハウジング２１０内部に配置してもよく、つまりたとえばハウジング２１０の外面に配置した場合には、入射周囲光を受け入れるハウジング開口部は不要となる。

ハウジングの様々な場所に複数のフォトセルを配置して利用することも、同様に考えられる。たとえば、特にハウジング部分２２２のエリアに複数のフォトセルを配置することができる。このエリアにおいては、フォトセルが筆記の際にたとえばユーザの指などによって不必要に覆われてしまう可能性が低い。

さらにフォトセル２１５（または複数のフォトセル）自体を、付加的な電気エネネルギー発生手段として実装可能であり、これによって周囲光から光電効果により電気エネルギーを発生させ、その電気エネルギーを電子ペンに供給することができる。

フォトセルの代わりにコンタクトスイッチ（図示せず）を、ハウジング部分２２１または２２２の封止キャップ台座エリアに取り付けてもよく、たとえばこれによって封止キャップが付けられたことを検出し、たとえばオフモードへの移行をトリガする。

これまで述べてきた電子コンポーネントを、図１で示した構成のように、電気導体路（図示せず）を介して接続することができ、これらの電気導体路を利用して、電気エネルギーおよび／またはデータおよび／または制御命令を伝送することができる。この場合、電子ペン２００の回路支持体スリーブ２０８および／またはハウジング２１０に、これらの電気導体路を組み込むことができる。

さらに、発生した電気エネルギーを必要に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）によって望ましい動作電圧に変換することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータをたとえば、既述の電気エネルギー発生／ハーベスティング手段に組み込んでもよい。

図２に示した電気エネルギー発生手段の個数、種類、設計および配置は、一例にすぎない。

図３には、本発明に従って実現可能な電子ペン３００の１つの実施例が示されている。

ここで再度述べておくと、すでに説明した利点を達成するために、上述のすべての特徴を任意のコンビネーションで組み合わせることができる。つまりたとえば電子ペン３００が、電子ペン２００の特徴の一部またはすべてを含むことができる。

ただしわかりやすくするため、図３には、上述の特徴の一部または組み合わせの一例が示されているにすぎない。

電子ペン３００は、ハウジング３１１またはスリーブを有することができる。好ましくはこのハウジング３１１は、慣用的なペンの幾何学的形状を有することができ、つまりたとえば主として円筒状の形状を有することができる。さらに考えられるのは、立方体状または多面体状のハウジング形状であり、あるいは凸状または凹状の多角形の横断面を有する柱状体である。

たとえば電子ペン３００の長さを９０ｍｍ〜２００ｍｍ、平均直径または平均外径を３ｍｍ〜２０ｍｍにすることができる。

電子ペン３００のハウジング３１１を、たとえば３つのハウジング部分すなわち第１部分３０３、第２部分３０２、第３部分３０１に分割することができ、これらの部分を螺合または差込接続によって互いに接続することができる。

ハウジング部分３０３は、たとえばハウジング端部３１０を有することができ、これをハウジング部分３０２に螺合させることができ、さらにこのハウジング部分３０３は、バッテリ収容室カバーを備えた端部キャップ３０４を有することができる。

ハウジング部分３０３は特に、１つまたは複数の電圧源３０５たとえばタイプ６７５（１．４Ｖ，６５０ｍＡｈ）のような空気亜鉛ボタン型電池を収容することができる。

電子ペン３００のすべての電子コンポーネントのデータを（図示されていない）外部のデータ処理ユニットへワイヤレスで送信可能なデータ伝送モジュール３０６も、ハウジング３１１のこの部分３０３または３１０に配置することができる。

たとえばマイクロコントローラを含むコントロールユニット３０７も、ハウジング部分３０３または３１０に収容することができ、このコントロールユニット３０７は、たとえばディジタルコントロールユニット３２３および／またはエネルギー管理ユニット３２２を有する。

たとえばコントロールユニット３０７に組み込まれたエネルギー管理ユニット３２２は、上述のように、やはりコントロールユニット３０７に組み込み可能なディジタルコントロールユニット３２３と共働して、電子ペンの電気エネルギー消費を制御および管理することができ、特に電気エネルギー発生手段を制御および管理することができる。

コントロールユニット３０７、ディジタルコントロールユニット３２３およびエネルギー管理ユニット３２２を、たとえば電気エネルギーの搬送のために、および／または、データおよび／または制御命令の通信のために、電子ペン３００の他のすべての電子コンポーネントと接続することができる。

電気エネルギーの搬送のための、および／または、データおよび／または制御命令の通信のための上述の接続を、たとえばハウジング３１１に組み込み可能な電気導体路（図示せず）を利用して、実現することができる。

たとえばプリント配線板に対し垂直に差込接続可能な１つまたは複数のポジション検出センサ３０８も、ハウジング部分３０３に配置することができる。

ポジション検出センサ３０８をたとえば、コネクタストリップ３０９に差込接続することができる。

さらに別の１つまたは複数のポジション検出センサ３１３を、筆記芯先端３１８に近づけて配置することができ、たとえばハウジング３１１の第２部分３０２に配置することができる。

上述のポジション検出センサ３１３，３０８を、加速度センサおよび／または回転速度センサおよび／または他のセンサあるいは磁場センサとすることができる。

なお、ポジション検出センサ３１３，３０８の配置は一例にすぎず、それらをハウジング３１１の他の部分のところに、またはハウジング３１１の他の部分の中に、配置してもよい。

電子ペン３００には筆記芯３１２を含めることができ、この筆記芯３１２はたとえば、一例として洋白から成る筆記芯先端３１８を有することができ、この筆記芯先端３１８はたとえば、一例として炭化タングステンから成る筆記ボール３１７を備え、その直径はたとえば０．２ｍｍ〜２ｍｍであり、好ましくは１．０ｍｍ±０．２ｍｍである。

筆記芯３１２を、たとえばピン３１９を利用して力センサ３２１と結合することができ、このピン３１９は摩擦係合によって、筆記芯３１２を収容し、または筆記芯３１２と接続される。

ピン３１９の終端部分を、柔らかい導電性材料でコーティング可能なプレート３２５とすることができる。このプレート３２５をたとえば、筆圧力に応じた抵抗を発生させることができるように、薄膜抵抗３２４のメアンダ状経路に対して押圧することができる。

力センサ３２１は、筆圧力の測定機能のほか、筆記芯３１２の運動から電気エネルギーを発生させ、発生された電気エネルギーを電子ペン３００の動作に利用する目的で、（図示されていない）圧電発電素子部材を有することもできる。

力センサ３２１を収容するために、電子ペン３００の組み立て中に挿入可能なハット型キャップ３２０を用いることができる。

電子ペン２００について例示したように、電子ペン３００も付加的な電気エネルギー発生手段たとえば圧電発電素子（図示せず）を有することができ、たとえばばねおよび／または歯車部材を有する、および／またはラチェット構造による（図示されていない）テンショニング部材において機械的に蓄積される、使用中の電子ペンの並進運動および／または回転運動の動力学的エネルギーを、この手段によって電気エネルギーに変換することができる。

さらに別の電気エネルギー発生手段が、たとえば太陽電池（図示せず）を有するようにしてもよく、これを純然たる光起電力セルとして設計してもよいし、または光起電力集光器として設計してもよい。

実現可能なその他の電気エネルギー発生手段を、上述のように熱電方式に基づくものとすることができる。この目的で熱電発電素子の第１部分を、たとえば電子ペンのユーザがペンを保持しペンで筆記するために、手の指で利用可能なハウジング部分３０２に組み込むことができ、一例として（たとえば組み立て中に押しばめられた）ソフトグリップゾーン３１４に組み込むことができる。

熱電発電素子の第２部分をたとえば、周囲との接触が可能な場所特に周囲空気との接触が可能な場所であるハウジング部分３１０または３０３に配置することができる。

すでに述べたように、熱電発電素子の２つの部分の間に温度勾配が発生すると、ゼーベック効果によって電気エネルギーを発生させることができ、それを電子ペン３００に供給することができる。

電子ペン３００は、たとえば少なくとも１つのフォトセル（図示せず）を有することもでき、これはたとえば入射周囲光の強度を測定可能であり、測定したデータをエネルギー管理ユニット３２２および／またはディジタルコントロールユニット３２３に転送することができる。上述のようにたとえば、測定された周囲光強度に基づきエネルギー管理ユニット３２２は、動作モードの移行を生じさせることができ、たとえば周囲光強度が所定の閾値下回り最小期間にわたり予め定められた光強度閾値を下回ったならば、電子ペン３００をアクティブモードからスタンバイモードへ、またはオフモードへ、移行させることができる。

さらに以下のことも考えられる。すなわち、たとえば筆記芯３１２を外側に出すことのできる場所であるハウジング端部３１６に、コンタクトスイッチ３１５を設け、このコンタクトスイッチ３１５はたとえば、封止キャップ（図示せず）の挿入／ねじ留めおよび／または取り外しの挙動を検出することができ、それらの挙動の検出についてエネルギー管理ユニット３２２および／またはディジタルコントロールユニット３２３に通知して、動作モードの移行を生じさせることができる。たとえばこの場合、封止キャップによって電子ペン３００が封止されたことに応じて、電子ペンをアクティブモードからスタンバイモードに移行させることができ、あるいはこれとは逆に、封止キャップが取り外されている間は、電子ペン３００をオフモードからアクティブモードまたはスタンバイモードに移行させることができる。

図４には、上述の電子ペンの特徴の一部またはすべてを含むことができる本発明による電子ペンにおいて考えられる動作モード状態図４００の一例が示されている。

したがって特に電子ペン（図示せず）は、エネルギー管理ユニット（図示せず）を有することができ、これは既述のすべての特徴を含むことができ、図４に示されている（アクティブモード４０５、スタンバイモード４０４，オフモード４０１といった）すべての動作モードを管理することができ、あらゆる動作モードの移行を管理および／または導入および／または制御することができる。

アクティブモード４０５はさらに、測定モード４０６とチェックモード４０７を有することができる。測定モード４０６において、特にたとえばポジション検出センサにおけるデータが検出され、チェックモード４０７において、たとえばエネルギー供給がチェックされ、および／または、データ伝送状態がテストされ、および／または上述のポジション検出センサから得られたデータが検査される。

オフモード４０１からスタンバイモード４０４への電子ペンの動作モード移行４１０を、たとえば封止キャップの取り外しによって、および／または、コンタクトスイッチの作動によって、および／またはフォトセルの起動によって、導入することができる。その際最初に、電子ペンの初期化４０３を実行可能であり、この初期化には電子ペンのすべての電子コンポーネントを含めてもよいし、または一部の電子コンポーネントだけを含めてもよく、初期化後、たとえば電子ペンのブートプロセス４２１を続けることができる。

さらに考えられるのは、電子ペンの初期化４０３を外部からのトリガ４１１によって行えるようにすることである。このトリガをたとえば、外部のコンピュータユニットまたはデータ処理ユニット（図示せず）から送信され、データ伝送モジュール４０２たとえばBluetooth Low Energy (BLE)ユニットによって受信されたデータまたは命令によって、行うことができる。ただし特にこのデータ伝送モジュール４０２は、スタンバイモード４０４およびアクティブモード４０５から、測定データと状態データを受信することができ、それらを外部のデータ処理ユニット（図示せず）に送信することができる。

（スタンバイモードまたはアクティブモードから）オフモード４０１へ戻す動作モード移行４１２を特に、封止キャップの載置および／またはコンタクトスイッチの作動および／またはフォトセルの遮蔽によって、トリガすることができ、および／または、電子ペンの動きが止まったことに基づいて、たとえば電子ペンが６０秒または１２０秒よりも長い期間、水平方向ポジションで動かされないままであったとき、トリガすることができる。

スタンバイモード４０４にある場合に、ポジション検出センサ（図示せず）および／または他のセンサ（図示せず）の値が、予め定められた閾値上回り最小期間にわたり予め定められた測定アクティビティ閾値を上回ったならば、電子ペンをアクティブモード４０５に移行させることができる。たとえばスタンバイモード４０４から測定モード４０６への電子ペンの移行４１６を、電子ペンの加速度センサの値が測定アクティビティ閾値を上回ったことによって、導入することができる。

アクティブモード４０５または測定モード４０６においてはたとえば、電子ペンのセンサ素子特にポジション検出センサに対し、少なくとも４０Ｈｚのサンプリングレートで問い合わせを実行することができる一方、スタンバイモード４０４においては、このサンプリングレートを４０Ｈｚよりも低くすることができ、好ましくは５Ｈｚ〜２０Ｈｚにすることができ、さらにオフモード４０１では１Ｈｚ以下にすることができる。

アクティブモード４０５または測定モード４０６において、使用中の電子ペンが筆記用紙などのような固い筆記基材上で筆記４０８を行っているのか、あるいは空中でジェスチャ運動４０９をしているのかを区別するためにも、電子ペンのセンサ素子の測定値が測定アクティビティ閾値を上回ったことまたは下回ったことを、利用することができる。

たとえば、電子ペンの筆記芯と筆記用紙などのような筆記基材との接触に起因して、電子ペンの力センサによって特定の筆圧力が測定されたケース４１８によって、または予め定められた閾値上回り最小期間にわたり、予め定められた筆圧力つまり筆圧力閾値の上回りが発生したケース４１８によって、キャラクタ認識または手書き認識のために電子ペンの記録または検出を開始することができる。

何も発生しないケース４１９、つまり予め定められた閾値下回り最小期間にわたり予め定められた筆圧力閾値を下回ったならば、たとえばジェスチャの動きを識別することができ、たとえば改行または改頁のためのジェスチャなどのようなジェスチャの認識４０９を開始することができる。

固い筆記基材上でのキャラクタまたは手書きの認識モード４０８の作動中に短期間、固い筆記基材から電子ペンの筆記芯を離したことによって、たとえば句読点を付けたときなどに、ジェスチャ認識モード４０９へのモード移行が不用意に実施されてしまうのを回避する目的で、たとえば以下のように規定することができる。すなわち、一時的に何も発生しないケース４２０では、つまり予め定められた筆圧力閾値を一時的に、たとえば１秒よりも短い期間、下回った場合には、電子ペンは固い筆記基材上でのキャラクタまたは手書きの認識モード４０８のままとどまる、とすることができる。

測定モード４０６と並行して、電子ペンのチェックモード４０７によりポジション検出センサのデータを、たとえば参照座標系などに照らして照合することができ、また、データ伝送モジュール４０２と外部のデータ処理ユニット（図示せず）とのデータコネクションの安定性を監視および／または制御することができ、さらには電子ペンの電圧供給が十分であるか否かをチェックすることができる。その際にチェックモード４０７は、データ伝送モジュール４０２と通信４１４を行うことができる。

データ伝送モジュール４０２と外部のデータ処理ユニットとのコネクションが５秒または８秒よりも長い期間、遮断されたならば、たとえばアクティブモード４０５からスタンバイモード４０４への移行４１５を実施することができる。当然ながら、アクティブモード４０５からスタンバイモード４０４へのこのような移行４１５を、ポジション検出センサにより測定された電子ペンの動き停止によってトリガすることができ、たとえばポジション検出センサまたは他のセンサの値が、閾値下回り最小期間（たとえば５秒または１０秒または２０秒よりも長い期間）、予め定められた測定アクティビティ閾値を下回ったときに、トリガすることができる。

４つの図面を以下に添付する。その際、参照符号を以下のとおりに割り当てた。

１００ 本発明による電子ペンの実施例の基本構成要素
１０１ ポジション検出センサ
１０２ ポジション検出センサ
１０３ 力センサ
１０４ たとえば機械的または動力学的エネルギーに基づくエネルギー発生手段
１０５ たとえば熱電方式および／または光電方式にエネルギー発生手段
１０６ ディジタルコントロールユニット
１０７ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０８ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０９ データ伝送モジュール
１１０ エネルギー管理ユニット
１１１ エネルギー蓄積器
１１２ 機械的または動力学的エネルギーに基づくエネルギー発生手段全体
１１３ 電気エネルギー搬送用の接続ライン／導体路
１１４ 電気エネルギー搬送用の接続ライン／導体路
１１５ 電気エネルギー搬送用の接続ライン／導体路
１１６ 電気エネルギー搬送用の接続ライン／導体路
１１７ 電気エネルギー搬送用の接続ライン／導体路
１１８ データおよび／または制御命令の通信用の接続ライン／導体路
１１９ データおよび／または制御命令の通信用の接続ライン／導体路
１２０ 電気エネルギーおよび／または制御命令の搬送用の接続ライン／導体路
１２１ データおよび／または制御命令の通信用の接続ライン／導体路
１２２ データおよび／または制御命令の通信用の接続ライン／導体路
１２３ データおよび／または制御命令の通信用の接続ライン／導体路
１２４ 電気エネルギー搬送用の接続ライン／導体路
１２５ 電気エネルギー搬送用の接続ライン／導体路
２００ １つの実施例による電子ペン
２０１ ポジション検出センサ
２０２ ポジション検出センサ
２０３ 筆記芯と結合可能な力センサ
２０４ オプションとしての力センサの圧電発電素子
２０５ 付加的な圧電発電素子
２０６ 電圧源たとえばバッテリ
２０７ 回路支持体スリーブの第１部分
２０８ 回路支持体スリーブ
２０９ 筆記芯
２１０ 電子ペンのハウジング
２１１ 筆記芯先端
２１２ 熱電発電素子の第１部分
２１３ 熱電発電素子の第２部分
２１４ 太陽電池
２１５ フォトセル
２１６ 開口部
２１７ ディジタルコントロールユニット
２１８ エネルギー管理ユニット
２１９ データ伝送モジュール
２２０ 電子ペンのハウジング部分
２２１ 電子ペンのハウジング部分、たとえばユーザの指に好ましいグリップゾーン
２２２ 電子ペンのハウジング部分、たとえば筆記芯を外部に出すことのできるハウジング部分
２２３ 回路支持体スリーブの第２部分
３００ １つの実施例による電子ペン
３０１ 電子ペンのハウジング／ケーシングの第３部分
３０２ 電子ペンのハウジング／ケーシングの第２部分
３０３ 電子ペンのハウジング／ケーシングの第１部分
３０４ バッテリ収容室カバーを備えた端部キャップ
３０５ 電圧源たとえばバッテリ、一例として空気亜鉛ボタン型電池
３０６ データ伝送モジュールたとえばBLEモジュール
３０７ ディジタルコントロールユニットおよび／またはエネルギー管理ユニットを含むコントロールユニット、たとえばマイクロコントローラユニットを含むコントロールユニット
３０８ プリント配線板に垂直に差込接続可能またはコネクタストリップに差込接続可能な１つまたは複数のポジション検出センサ
３０９ １つまたは複数のポジション検出センサを受け入れるためのコネクタストリップ
３１０ ねじ型すなわち電子ペンにねじ留め可能な電子ペンの第１のハウジング端部
３１１ 電子ペンのハウジング／ケーシング
３１２ 筆記芯
３１３ １つまたは複数のポジション検出センサ
３１４ ソフトグリップゾーン／押しばめ可能なソフトグリップゾーン
３１５ コンタクトスイッチ
３１６ たとえばネジ型であり一例として筆記芯を外部に出すことのできる円錐形状の第２のハウジング端部
３１７ 筆記ボール
３１８ 筆記芯先端
３１９ 摩擦係合による筆記芯の収容または接続のためのピン
３２０ たとえば電子ペン組み立て中に挿入され、筆圧力または軸線方向圧力を測定する力センサを収容するためのハット型キャップ
３２１ 力センサ
３２２ エネルギー管理ユニット
３２３ ディジタルコントロールユニット
３２４ 薄膜抵抗
３２５ ピンプレート
４００ １つの実施例による動作モード状態図
４０１ オフモード
４０２ データ伝送モジュールたとえばBLEモジュール
４０３ 初期化
４０４ スタンバイモード
４０５ アクティブモード
４０６ 測定モード
４０７ チェックモード
４０８ 固い筆記基材上でのキャラクタ認識
４０９ ジェスチャ認識
４１０ 初期化スタート／トリガ
４１１ 外部からの初期化スタート／トリガ
４１２ 動作モード移行
４１３ スタンバイモードとデータ伝送モードとの通信
４１４ アクティブモードまたはチェックモードとデータ伝送モジュールとの通信
４１５ 動作モード移行
４１６ 動作モード移行
４１７ 測定モードとチェックモードとの通信
４１８ 筆圧力発生
４１９ 筆圧力なし
４２０ 一時的な筆圧力なし
４２１ ブートプロセス

Claims (17)

1. ペンポジション検出部を備えた電子ペン（２００）であって、
   少なくとも１つの電圧源（２０６）と、少なくとも１つのディジタルコントロールユニット（２１７，１０６）と、筆記芯（２０９）と、少なくとも１つのデータ伝送モジュール（２１９，１０９）と、当該電子ペン（２００）のポジションおよび／または運動を検出するための少なくとも２つのポジション検出センサ（２０１，２０２，１０１，１０２）とを含む、
   電子ペン（２００）において、
   当該電子ペン（２００）は、電気エネルギー消費を管理するために、特に電気エネルギー消費を最小限に抑えるために、前記ディジタルコントロールユニット（２１７，１０６）と接続されたエネルギー管理ユニット（２１８，１１０）を含み、および／または、電気エネルギーを自己発生可能な手段（１０３，１０４，１０５，２０４，２０５，２１２，２１３，２１４，２１５）を含む、
   ことを特徴とする、電子ペン（２００）。
2. 当該電子ペン（２００）は、エネルギー消費がそれぞれ異なる少なくとも以下の３つの異なる動作モード、すなわちアクティブモード（４０５）、スタンバイモード（４０４）、オフモード（４０１）を有するように構成されており、
   前記エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）は、前記動作モードを管理可能であり、特に前記動作モードの移行を管理可能である、
   請求項１記載の電子ペン（２００）。
3. 当該電子ペン（２００）は、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ（１０７，１０８）を含む、
   請求項１または２記載の電子ペン（２００）。
4. 当該電子ペン（２００）は、自己発生電気エネルギーのための付加的なエネルギー蓄積器（１１１）を含み、および／または
   前記電圧源（２０６）は、当該電子ペン（２００）が発生した前記自己発生電気エネルギーによって再充電可能に構成されている、
   請求項１から３のいずれか１項記載の電子ペン（２００）。
5. 当該電子ペン（２００）は、少なくとも１つのフォトセル（２１５）を含み、
   前記フォトセル（２１５）は、当該電子ペン（２００）周囲の光強度を測定可能に構成されており、
   さらに前記フォトセル（２１５）は、十分な光強度があれば電気エネルギーを発生し、該電気エネルギーを当該電子ペン（２００）に供給するように構成されている、
   請求項１から４のいずれか１項記載の電子ペン（２００）。
6. 当該電子ペン（２００）は、少なくとも１つのフォトセル（２１５）を含み、
   前記フォトセル（２１５）は、当該電子ペン（２００）周囲の光強度を測定可能に構成されており、
   前記エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）は、前記少なくとも１つのフォトセル（２１５）または複数のフォトセルにおいて光強度が、予め定められた閾値下回り最小期間にわたり予め定められた光強度閾値を下回った場合、および／または、閾値上回り最小期間にわたり予め定められた光強度閾値を上回った場合、前記エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）は、当該電子ペン（２００）の少なくとも１つの動作モード移行を実行するように構成されており、
   前記エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）は特に、前記少なくとも１つのフォトセル（２１５）が、予め定められた閾値下回り最小期間にわたり予め定められた光強度閾値を下回ったことを測定した場合、スタンバイモードへの一時的な移行を伴って、または伴わずに、アクティブモードからオフモードへの移行を実行するように構成されており、および／または、
   前記エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）は特に、閾値上回り最小期間にわたり予め定められた光強度閾値を上回った場合、オフモードからアクティブモードまたはスタンバイモードへの移行を実行するように構成されている、
   請求項１から５のいずれか１項記載の電子ペン（２００）。
7. 前記エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）は、以下のように構成されている、すなわち、
   予め定められた閾値下回り最小期間にわたり、前記ポジション検出センサの値が予め定められた測定アクティビティ閾値を下回った場合、および／または、予め定められた閾値上回り最小期間にわたり、前記ポジション検出センサの値が予め定められた測定アクティビティ閾値を上回った場合、前記エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）は、当該電子ペン（２００）の少なくとも１つの動作モード移行を実行するように構成されている、
   請求項１から６のいずれか１項記載の電子ペン（２００）。
8. 当該電子ペン（２００）は、前記筆記芯（２０９）と結合可能な力センサ（２０３，１０３）を含む、
   請求項１から７のいずれか１項記載の電子ペン（２００）。
9. 前記エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）は以下のように構成されている、すなわち、
   前記力センサ（２０３，１０３）により測定された力に基づき特に、予め定められた閾値下回り最小期間にわたり、予め定められた押圧力閾値を下回った場合、および／または、予め定められた閾値上回り最小期間にわたり、予め定められた押圧力閾値を上回った場合、前記エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）が当該電子ペン（２００）の少なくとも１つの動作モード移行を実行するように構成されている、
   請求項８記載の電子ペン（２００）。
10. 当該電子ペン（２００）は、電気エネルギーを発生可能であり該電気エネルギーを当該電子ペン（２００）へ供給する、少なくとも１つの太陽電池（２１４）、および／または、少なくとも１つの熱電発電素子（２１２，２１３）、および／または、少なくとも１つの圧電発電素子（２０４，２０５）を含む、
    請求項１から９のいずれか１項記載の電子ペン（２００）。
11. 前記ディジタルコントロールユニット（２１７，１０６）および／または前記エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）は、以下のように構成されている、すなわち、
    当該電子ペンにおいてデータを供給するコンポーネントのサンプリングレートを、たとえば前記ポジション検出センサ（２０１，２０２，１０１，１０２）および／または前記フォトセル（２１５）および／または前記力センサ（２０３，１０３）のサンプリングレートを、および／または前記データ伝送モジュール（２１９，１０９）のデータ伝送レートを、当該電子ペン（２００）の動作モードに応じて制御可能であるように、構成されている、
    請求項１から１０のいずれか１項記載の電子ペン（２００）。
12. 当該電子ペン（２００）の回路支持体上に設けられた電気導体路が、前記データ伝送モジュール（２１９，１０９）のアンテナとして利用可能に構成されている、
    請求項１から１１のいずれか１項記載の電子ペン（２００）。
13. すべての前記ポジション検出センサ（２０１，２０２，１０１，１０２）は、加速度センサおよび／または回転速度センサおよび／または磁場センサを含む、
    請求項１から１２のいずれか１項記載の電子ペン（２００）。
14. ペンポジションを電子的に検出する装置であって、該装置は、
    請求項１から１３のいずれか１項記載の電子ペン（２００）と、
    前記電子ペン（２００）のデータ伝送モジュール（２１９，１０９）により送信されたデータを受信する、少なくとも１つのデータ受信モジュールと、
    受信した前記データを分析および処理する外部のデータ処理ユニットと、
    ディスプレイユニットと、
    データ記憶ユニットと
    を含む、
    ペンポジションを電子的に検出する装置において、
    前記データ処理ユニットは、エネルギー管理設定ユニットを備えており、該エネルギー管理設定ユニットを利用して、前記電子ペンのエネルギー管理ユニット（２１８，１１０）を設定可能である
    ことを特徴とする、
    ペンポジションを電子的に検出する装置。
15. 筆記基材を含み、該筆記基材は筆記用紙である、
    請求項１４記載の装置。
16. ペンポジションを電子的に検出する方法において、
    請求項１から１３のいずれか１項記載の電子ペン（２００）のエネルギー消費を、エネルギー管理ユニット（２１８，１１０）によって管理し、
    前記電子ペン（２００）は、該電子ペン（２００）の動作に必要なエネルギーの少なくとも一部を自己発生し、
    前記電子ペン（２００）は、データ特にペンポジションデータを、データ伝送モジュール（２１９，１０９）を介して外部のデータ処理ユニットへ送信する、
    ペンポジションを電子的に検出する方法。
17. 前記データ伝送モジュール（２１９，１０９）と前記データ受信モジュールとの間のデータ伝送レートを、筆記基材の種類に応じて変化させる、
    請求項１６記載の方法。

Images