JP2016530480A - 先端圧力センサを有するアクティブペン - Google Patents

Abstract

本発明は、先端要素１０の遠位端部上に配置された先端３上に作用する力に依存する先端変位によって変位方向に初期位置から変位されるように構成された可動な前記先端要素１０と、前記可動な先端要素１０に結合され、且つ前記先端３上に印加されたインディケータ位置信号を生成するように構成された位置信号回路と、前記先端変位を示す電気フィードバック信号を生成するための前記先端変位に依存する静電容量値を有する静電容量要素を備える前記先端上に作用する力を検出するための力センサとから構成されたアクティブ位置インディケータに関する。この場合、前記静電容量要素は、前記先端変位に依存するコンデンサ間隔と、前記先端変位に依存するコンデンサ面とを有する。

Description

本発明は、圧力センサを有するアクティブ位置インディケータ、特にアクティブペンに関する。

タッチデバイスは、限定されないものの、タッチパッド、タッチパネル、タッチスクリーン又は投影式の容量性ディスプレイのような、物体の存在の検出が含まれる様々な用途の分野で使用される。タッチデバイスは、タッチデバイスに接触している受動物体を検出し、当該タッチ位置を決定し得る。このことは、例えばユーザーコントロールを可能にする。残念ながら、タッチ位置の検出の特性は、タッチ面のサイズと共に低下する。したがって、ペンの先端の位置検出の特性は、専ら大きい検出誤差を伴って検出され得る。したがって、アクティブペンのようなアクティブ位置インディケータは、当該アクティブ位置インディケータの位置を低い誤差で検出するために、タッチデバイスを支援する電気回路を有する。このことは、例えば、静電容量結合又は電磁誘導結合によって達成され得る。特定のタッチデバイス、例えば静電容量式のタッチデバイス又は電磁誘導式のタッチデバイスを使用する場合、受動的なタッチを検出するための同じ検出器が、当該アクティブ位置インディケータの先端から放射された電気信号を検出するために使用され得る。様々な種類のアクティブ位置インディケータが存在する。当該電気信号の放射を特定のアクティブ位置インディケータの検出窓に同期させるアクティブ位置インディケータが存在する。例えば、アクティブ位置インディケータ内でタッチデバイスに対して任意に同期することなしに、当該電気信号を連続して放射する別のアクティブ位置インディケータが存在する。バッテリ又はその環境からエネルギー採取するためのエネルギー採取機構によって稼働されるアクティブ位置インディケータが存在する。固有の電源なしに、稼働のために必要な電力をトランスポンダ信号から得るトランスポンダのように稼働されるアクティブ位置インディケータも存在する。国際公開第２０１４／１７４１２３号パンフレットは、連続して放射するアクティブ位置インディケータを有する静電容量式タッチデバイスに関する例を示す。この場合、当該静電容量式タッチデバイスは、受動的なタッチと能動的なタッチとを検出するために同じ静電容量検出センサを使用する。

書き込み時のタッチデバイスとの相互作用を良好に検出するための別の問題は、ペンに印加される圧力の知得である。印加された圧力を直接に検出し得る幾つかのタッチデバイスが存在する。しかし、アクティブペンを有するほとんどの解決手段では、当該ペンは、その先端上に印加された圧力を検出する圧力センサを有し、当該検出された圧力をタッチデバイスに戻す。しかしながら、圧力センサのための当該従来の技術の解決手段は、幾つかの欠点を有する。

上記圧力センサは、可動部品であるばねを必要とし、プリント回路基板に対する当該可動部品の電気接続を多くの場合に必要とする。このことは、ペンを組み立てるための時間を増大させ、構造を複雑にし、耐久性を損なう。

アクティブペン上に印加される力、特に描き中又は書き込み中の相互作用が、非常に小さい力から非常に大きい力まで変化し得る。このことは、印加された先端の力を高い精度で検出するための困難性を増大させる。

１つの問題は、一定の剛度を有する螺旋ばね又はその他の弾性要素を通常通りに使用することである。したがって、上記先端上に印加された力の特定の力が、弱い力と強い力とに対して当該先端の同じ変位を引き起こす。当該先端の変位は、専ら極小であるので、したがって実際のものは、小さい力を高い精度で検出し得るが、一定の閾値より上のより大きい力をもはや検出し得ないか、又は高い印加力まで及び広い範囲の力を低い精度でしか検出し得ない。当該２つの選択肢は、十分でないので、検出可能な力の範囲を上記圧力センサによってカバーするため、小さい剛度を有するばねが、弱い力を制御し、大きい剛度を有する第２ばねが、大きい力を制御するように、幾つかの解決手段は、異なる剛度を有する２つのばねを提供する。しかしながら、このような解決手段は、当該圧力センサの複雑さ及びサイズを増大させ、その耐久性を損なう。さらに、螺旋ばねには、螺旋ばねは、組み立てが困難であり、多大なスペースを必要とするという問題がある。

検出精度に関する別の問題は、印加された力を検出するために取得可能である上記先端の最大変位が専ら小さいことである。多くの場合、上記先端変位に依存する静電容量値を有する静電容量要素が、実際の先端変位を検出するために使用される。２つのコンデンサ極板の間隔が、当該先端変位に応じて変化する場合、このことは、当該先端変位の逆数に依存する静電容量値を発生させる。したがって、小さい先端変位は、当該静電容量値の速い変化に起因して非常に高い精度で検出され得る一方で、当該精度は、大きい先端変位では当該静電容量値の遅い変化に起因して急激に低下する。この代わりに、線形の挙動によって当該先端変位を測定するための手段が存在する。しかしながら、このような線形の解決手段は、小さい先端変位で高い精度を実現することを可能にしない。当該欠点にもかかわらず、静電容量式の解決手段は、周知の利点を有し、容易に実行可能である。

国際公開第２０１４／１７４１２３号パンフレット

それ故に、本発明の課題は、上記の問題を克服する圧力センサを有するアクティブ位置インディケータを提供することにある。

本発明の課題は、ペンを組み立てるための時間を減少させ、構造の複雑さを軽減させ、耐久性を向上させる圧力センサを有するアクティブ位置インディケータを提供することにある。

本発明の課題は、圧力センサの複雑さが軽減され、力の検出範囲が広く、小さい力での精度が高いアクティブ位置インディケータを提供することにある。

１つの実施の形態では、これらの課題は、独立請求項に記載の手段によって解決される。

１つの実施の形態では、これらの課題は、以下の特徴を有するアクティブ位置インディケータによって解決される。先端上に作用する力に依存する先端変位によって変位されるように構成された可動な先端要素。当該先端変位に逆らうように当該先端要素上に作用する弾性要素を有する当該先端上に作用する力を検出するための力センサ。この場合、当該弾性要素は、板ばねである。

板ばねには、当該板ばねは、１つの板材から容易に製作され、形、サイズ、剛性及び上記先端変位に依存する剛度のような要件に高精度に適合され得るという大きい利点がある。さらに、板ばねは、可動な先端変位に対して簡単な接触を実現し得る。

１つの実施の形態では、これらの課題は、以下の特徴を有するアクティブ位置インディケータによって達成される。先端上に作用する力に依存する先端変位によって変位されるように構成された可動な先端要素。当該可動な先端要素に結合され、且つ当該先端を介してタッチデバイスに電気結合するためのインディケータ位置信号を生成するように構成された位置信号回路。当該先端変位を示す電気フィードバック信号を生成するための当該先端変位に依存する静電容量値を有する静電容量要素を備える当該先端上に作用する力を検出するための力センサ。当該静電容量要素は、当該先端変位に依存するコンデンサ間隔と、当該先端変位に依存するコンデンサ面とを有する。

このことには、上記の先端変位にわたる静電容量値の挙動が、より広い範囲の自由度で構成され得るという利点がある。その結果、力範囲の要求と感度の要求とが、特に小さい力に対して満たされ得る。

１つの実施の形態では、これらの課題は、以下の特徴を有するアクティブ位置インディケータによって達成される。先端上に作用する力に依存する先端変位によって変位されるように構成された可動な先端要素。当該可動な先端要素に結合され、且つ当該先端を介してタッチデバイスに電気結合するためのインディケータ位置信号を生成するように構成された位置信号回路。当該先端変位に逆らうように当該先端要素上に作用する弾性要素を有する当該先端上に作用する力を検出するための力センサ。当該弾性要素は、導電性であり、当該位置信号回路は、当該弾性要素を介して当該可動な先端要素に電気接続されている。

このことには、当該接続のための要素と当該先端の力に逆らうように作用するための当該弾性要素とが結合され得るという利点がある。このことには、スペースを節約し、可動な要素に接触する問題を回避する。

１つの実施の形態では、これらの課題は、以下の特徴を有するアクティブ位置インディケータによって解決される。先端上に作用する力に依存する先端変位によって変位されるように構成された可動な先端要素。当該先端変位に逆らうように当該先端要素上に作用する弾性要素を有する当該先端上に作用する力を検出するための力センサ。この場合、当該弾性要素は、当該先端変位に依存する剛度を有する非線形の要素である。

非線形のばねには、小さい力での力の特定の変化が、より大きい力での力の特定の変化より大きい先端変位の変化を引き起こすという利点がある。

本発明は、例示され且つ図示された実施の形態の説明の助けによってより良好に理解される。

アクティブペンの実施の形態の三次元図である。 アクティブペンの実施の形態の外部ハウジングのない三次元図である。 アクティブペン用の力センサの実施の形態の三次元図である。 力センサの透明なハウジングを有する図３の力センサの三次元図である。 図３の力センサの静電容量要素の第２コンデンサ極板の上面図である。 第１コンデンサ極板と第２コンデンサ極板とを有する図３の力センサの静電容量要素の横断面図である。 初期位置にある第１コンデンサ極板と第２コンデンサ極板とを有する図３の力センサの静電容量要素の三次元図である。 第１コンデンサ極板と第２コンデンサ極板とを有する図３の力センサの静電容量要素の上面図である。 ばねを有る図３の力センサのハウジングの三次元図である。 ばねを有する図３の力センサのハウジングの上面図である。 図９のばねの三次元図である。 図９のばねの第１側面図である。 図９のばねの第２側面図である。 ばねの別の実施の形態の上面図である。 図１３Ａのばねの別の実施の形態の側面図である。 図１３Ａのばねの別の実施の形態の製造工程である。 （一定の剛性を有する弾性要素から成る）先端３に印加された力に対する異なる複数の静電容量要素の静電容量値を示す。

図１〜１３は、アクティブペン５の実施の形態を示す。以下のアクティブペンによって開示された全ては、その他の全ての種類のアクティブ位置インディケータに対して適用可能である。

アクティブペン５は、ペンハウジング６、バッテリ７、プリント回路基板８、力センサ、及び先端３を有する先端要素１０から構成されている。

ペンハウジング６は、好ましくはバッテリ７、プリント回路基板８、及び上記力センサの力検出機構９を包囲している。ペンハウジング６は、好ましくは先端要素１０を包含するための開口部を有する。その結果、先端３が、ハウジング６の外側に配置されていて、先端要素１０のロッド１１を介してハウジング６の内部容積に結合されている。好ましくは、先端要素１０のロッド１１が、ハウジング６の開口部を通過する。その結果、先端要素１０は、１つの変位方向に（だけ）移動され得る。しかしながら、当該力を異なる複数の方向で検出することも可能である。好ましくは、ハウジング６が、円柱状の形を成し、当該変位方向が、その長手方向の円柱軸に対して平行である。先端３を有するアクティブペン５の片側／端部は、遠位側／端部と定義され、アクティブペン５の、当該変位方向に対向する片側／端部は、近位側／端部と定義される。図示された実施の形態では、ハウジング６は、バッテリ７、プリント回路基板８及び力検出機構９を有する管状部６．１と、当該開口部及び先端要素１０を有する円錐形部６．２と、キャップ６．３とから構成されている。管状部６．１は、プリント回路基板８上のパワースイッチ８．１と相互に作用するように構成されたパワーボタン６．４をさらに有する。円錐形部６．２の近位端部が、管状部６．１の遠位端部に取り付けられている。円錐形部６．２の遠位端部が、先端要素１０用の開口部を有する。好ましくは、円錐形部６．２は、近位端部から遠位端部に向かって先細りしている円錐形を成す。管状部６．１の近位端部が、その近位端部上で、ハウジング６を閉鎖しているキャップ６．３に取り付けられている。好適な実施の形態では、キャップ６．３は、バッテリ７を交換するために、例えばクリップ又はねじ機構によって取り外し可能でなければならない。さらに、キャップ６．３は、当該バッテリの端子をプリント回路基板８の電源端子に接続するために、必要な接触圧力を発生させなければならない。

アクティブペン５の図示された実施の形態では、電源としてのバッテリ７によって稼働する。しかしながら、必要な電力を供給するための任意のその他の手段が、この代わりに使用され得る。例えば、バッテリ７は、その環境から、例えば、光、温度、（例えば、タッチデバイスから受信される）電磁波、（例えば、タッチデバイスによる）電気結合、上記ペンの運動等から、エネルギーを採取するためのエネルギー採取機構によって代替され得る。

この実施の形態では、プリント回路基板８が、アクティブペン５の電子回路の全ての部分又は少なくともそのほとんどの部分を有する。プリント回路基板８は、アクティブペン５又はペンハウジング６の管状部６．１の長手方向軸に対して平行に、長手方向軸を有する。この実施の形態では、プリント回路基板８の大きさは、ペンハウジング６、特にこのハウジングの管状部６．１の内径に対応する。当該図示された実施の形態では、プリント回路基板８は、１つの遠位端部で、力検出機構９によって保持されているか又は力検出機構９を保持し、及び／又は、１つの近位端部で、プリント回路基板８の複数の電源端子８．３のうちの１つの電源端子８によって保持されているか又は当該電源端子８を保持する。当該力検出機構のハウジング９．１及び／又は電源端子８．３は、ハウジング６によって提供された中空円筒の内側の形に対応する円筒形を成す。その結果、プリント回路基板８は、力検出機構９のハウジング９．１及び／又は電源端子８．３によって全半径方向にさらに固定されている。しかしながら、この代わりに又はこれに追加して、プリント回路基板８は、例えばプリント回路基板８用のレールによってハウジング６内に直接に固定されてもよい。プリント回路基板８は、その遠位端部に、力検出機構９のハウジング９．１を保持するように構成された２つのアーム８．２を有する。最大の空間を２つのアーム８．２間に許容するため、これらのアームは、当該力検出機構のハウジング９．１上で予測される応力に対抗する厚さを有してプリント回路基板８の両側に配置されている。ハウジング９．１は、プリント回路基板８の２つのアーム８．２を受け止めるように構成された（例えば、図３〜５及び７〜１０に示された）２つの凹部１３を有し得る。好ましくは、アーム８．２の寸法と凹部１３の寸法とは、アーム８．２が凹部１３に充填するように設計されている。ハウジング９．１は、先端３の変位方向に対して半径方向に移動され得ない。好ましくは、ハウジング９．１の外側面（ハウジング６の長手方向軸に対して半径方向の面法線）は、プリント回路基板８の外側面と揃っている。ハウジング９．１をプリント回路基板８の長手方向に固定するため、及びスナップフィット固定を実現するため、アーム８．２の遠位端部が、フックを有してもよい。しかしながら、その他の固定も可能である。

プリント回路基板８は、好ましくは、ペンの位置信号を生成して出力するための位置信号回路を有する。当該ペンの位置信号は、好ましくは、タッチデバイスに送信され、このタッチデバイスで検出されるために適した特定の周波数を有する周期的な信号、例えば正弦信号及び／又は余弦信号である。このような位置信号回路は、例えば発信器及び増幅器を有してもよい。当該位置信号回路の出力部が、好ましくはプリント回路基板８の少なくとも１つの出力端子に接続されている。プリント回路基板８の出力端子が、好ましくは生成されたペン位置信号を先端３に印加するために先端３に導電接続されている。先端３上に印加された当該ペン位置信号は、タッチデバイスとの電気結合を形成する。このような結合は、好ましくは静電容量結合及び／又は電磁誘導結合であるが、当該タッチデバイスで受信され得る拘束されない電磁波の放射でもよい。好ましくは、当該出力端子は、先端要素１０をその初期位置で保持する導電性の弾性要素、例えば金属ばねに導電接続されている。当該弾性要素は、先端要素１０に導電接続されている。このことは、可動な先端要素１０を固定されたプリント回路基板８に接続することの問題を解決する。

好ましくは、プリント回路基板８は、力検出機構９から受信された電子フィードバック信号に基づいて先端３に印加された力を検出するための力センサの力検出回路を有する。好ましくは、当該力検出回路の入力部が、プリント回路基板８の少なくとも１つのフィードバック入力端子に導電接続されている。好ましくは、プリント回路基板８の少なくとも１つのフィードバック入力端子は、力検出機構９の当該フィードバック端子に接触するように構成された２つのアーム８．２のうちの少なくとも１つのアーム上に配置されている。したがって、複数の凹部１３のうちの少なくとも１つの凹部１３が、当該少なくとも１つのフィードバック端子を有する少なくとも１つのアーム８．２の導電面に導電接触している導電面を有する。好ましくは、力検出機構９のフィードバック信号用の２つの入力端子がそれぞれ、プリント回路基板８の２つのアーム８．２の各アーム８．２上に存在する。図示された実施の形態では、力検出機構９が、（以下で説明する）当該先端の変位に応じた静電容量値を有する可変静電容量要素を備える。当該図示された実施の形態では、当該ペン位置信号が、当該静電容量要素の第２コンデンサ極板１２に供給され、フィードバック信号が、当該静電容量要素の第１コンデンサ極板１４から当該力検出回路に供給される。当該ペン位置信号は、一定の又は少なくとも既知の周波数を有するので、第２コンデンサ極板１２から当該力検出回路までの経路の複素抵抗が、当該静電容量要素の静電容量値だけに依存する。したがって、当該フィードバック信号が、当該先端の変位だけに依存する静電容量要素自体の静電容量値を決定することを可能にする。当該位置検出回路は、好ましくはその静電容量要素によって提供された複素抵抗に対する値を測定する。当該値は、例えばルックアップ表によって力に対する値に処理され得る。当該複素抵抗を測定するための一例は、例えば、フィードバック信号を整流して低域フィルタ処理することによって測定されるものである。その結果、当該フィードバック信号の振幅に対する値が生成される。この値は、当該複素抵抗に対する目安を与える。当該ペン位置信号の代わりに、当該静電容量要素上に印加される別の信号を使用することも、当該静電容量値を検出するために可能である。しかしながら、その他の測定方法では、当該先端の変位に応じた静電容量値又はその他の電子的な値が、当該力検出回路内で測定され及び／又は力の値に変換され得る。

プリント回路基板８は、先端３に作用する上記の検出された力（力データ）をタッチデバイスに転送するための力データ転送回路をさらに有し得る。１つの実施の形態では、当該力データ転送回路が、先端３を当該タッチデバイスに電気結合することによって当該力データを当該タッチデバイスに転送するための先端３に接続されている。当該力データは、当該ペン位置信号の周期間に転送され得る、及び／又は、当該力データは、連続して変調され得るか又は当該ペン位置信号上のデータ転送窓内で変調され得る。この場合、周波数若しくは振幅のような様々な変調又はその他のモードの変調が使用され得る。別の実施の形態では、当該力データ転送回路は、（先端３ではなくて）当該力データを当該タッチデバイスに転送するためのアンテナに接続されている。別の実施の形態では、当該力データが、有線接続によって転送され得る。

しかしながら、本発明は、プリント回路基板８に限定されない。その他の回路基板又は電子回路のその他の実施の形態も、上記アクティブペンの電子機能を実行するために使用され得る。

先端要素１０は、遠位端部に先端３を有し、近位端部に上記静電容量要素の第１コンデンサ極板１２を有する。第１コンデンサ極板１２も、後でより詳しく説明する力検出機構９の一部である。先端３と第１コンデンサ極板１２とは、ロッド１１を介して結合されている。先端３は、位置信号回路から受信したペン位置信号を放射するための導電性の材料から成る。図示された実施の形態では、先端３は、図３及び４に示された導電性のコア３′、好ましくは金属製のコアを有する。このとき、導電性のコア３′は、保護キャップによって被覆されている。この保護キャップは、当該放射されたペン位置信号を透過するように構成されていて、及び／又はタッチスクリーンの損傷を回避するように構成されている。好ましくは、ロッド１１も、当該ペン位置信号を先端３に導くために導電性の材料、好ましくは金属から構成／製作されている。別の実施の形態では、ロッド１１は、非導電性の材料から成り、当該ペン位置信号を当該位置信号回路から先端３に導くための導体を有する。このような導体は、ロッド１１の導電性のコアでもよい。好ましくは、第１コンデンサ極板１２も、導電性の材料、好ましくは金属から成る。しかしながら、以下で説明する力検出機構９の静電容量要素の少なくとも１つのコンデンサ面用の金属コーティング／面を有する非導電性の材料から、第１コンデンサ極板１２を製作することも可能である。先端要素１０が、１つの変位方向に少なくとも移動され得るように、先端要素１０は、可動に支持されている。当該支持は、ハウジング６によって、例えばハウジング６の開口部によって、及び／又は力検出機構９によって提供され得る。力が、先端３に印加されないときに、先端要素１０が、初期位置にあるように、先端要素１０は配置されている。先端要素１０が、先端３に印加された力に応じた先端変位によって当該初期位置から変位されるように、先端要素１０は、さらに配置されている。アクティブペン５が、当該先端変位を最大先端変位に制限する先端要素１０用の最大ストッパ要素を提供し得る。このような最大ストッパ要素は、ハウジング６内か又は力検出機構９内に提供され得る。

力検出機構９は、上記の先端変位に依存する静電容量値を有する静電容量要素と、先端要素１０をその初期位置に保持するための、及び／又はその変位方向に先端３に印加された力に逆らって作用するための弾性要素とを有する。

図示された実施の形態では、上記静電容量要素は、第１コンデンサ極板１４と第２コンデンサ極板１２とを有する。第１コンデンサ極板１４は、好ましくはペンハウジング６に対して及び／又は力検出機構９のハウジング９．１に対して固定されている一方で、第２コンデンサ極板１２は、上記先端変位に応じて移動する。この代わりに、第１コンデンサ極板１４は、好ましくは上記先端変位に応じて移動する一方で、第２コンデンサ極板１２は、ペンハウジング６に対して及び／又は力検出機構９のハウジング９．１に対して固定されていてもよい。第１コンデンサ極板１４と第２コンデンサ極板１２とが、互いに相対移動することが重要である。当該図示された実施の形態では、第２コンデンサ極板１４が、先端要素１０の初期位置において第１コンデンサ極板１４に対して最小距離にあるように、及び、第１コンデンサ極板１４と第２コンデンサ極板１２との間の距離が、当該先端変位と共に線形に増大するように、第２コンデンサ極板１２は配置されている。当該図示された実施の形態では、当該最小距離は、零である。その結果、第１コンデンサ極板１４と第２コンデンサ極板１２とが導電接続されていて、先端要素１０の当該初期位置が、容易に検出可能である。しかしながら、これらのコンデンサ極板間の当該最小距離が、零でないことも可能である。このことは、増大された電力消費を伴う短絡を回避する。このことは、当該静電容量要素の静電容量値の挙動を制御するためにも利用され得る。何故なら、このことは、先端３の初期位置での当該静電容量値の初期値を減少させるからである（後で説明するように、線形挙動を有するさらなる静電容量部分が存在する場合、このことは、静電容量要素の線形挙動を増大させる）。２つのコンデンサ極板１２及び１４間の零でない初期間隔を実現するための絶縁体材料又は誘電体材料が、第１コンデンサ極板１４と第２コンデンサ極板１２との間に配置され得る。このことは、面１２．１又は１２．２を絶縁体又は誘電体でコーティングすることによって実現され得る。１つの実施の形態では、１つの実施の形態では、第１コンデンサ極板１４が、遠位側に（先端３により近くに）配置されていて、第２コンデンサ極板１２が、近位側に（先端３からより遠くに）配置されている。このことは、ロッド１１を第１コンデンサ極板１４に、好ましくは中心で貫通させることによって実現され得る。

１つの実施の形態では、上記静電容量要素が、先端変位ｄに依存する静電容量値を有する。この静電容量要素の静電容量値Ｃが、この静電容量要素のコンデンサ面Ａとこの静電容量要素のコンデンサ間隔ｘとに基づいて計算される。この静電容量要素が、コンデンサ面Ａとコンデンサ間隔ｘとを有する２つの平行平面によって与えられている場合、この静電容量値は、コンデンサ間隔ｘによって除算されたコンデンサ面Ａ、すなわちＡ／ｘに比例する。

上記静電容量要素の第１の実施の形態では、上記の複数のコンデンサ極板が、対向していて且つ重なっている複数の金属面Ａ_１を当該極板の表面に有する。この場合、法線が、先端３の変位方向に対して平行であり、コンデンサ間隔ｘ_１が、先端変位ｄに等しいか又は線形に比例する。その結果、静電容量値Ｃ_１が、上記先端変位の逆数１／ｄに線形に比例する。この場合、複素抵抗Ｚ_１が、当該静電容量値の逆数に線形に比例するので、当該複素抵抗は、ｄに線形に比例する。しかしながら、このことには、小さい先端変位ｄが、大きい先端変位ｄと同じ絶対誤差で検出され得るという欠点がある。しかしながら、それ故に、相対誤差が、小さい先端変位ｄに対してより大きく、このような分解能は望ましくない。何故なら、小さい先端変位に対しては、より高い感度が望ましいからである。図１４は、（一定の剛性を有する弾性要素から成る）先端３に印加された力に対する異なる複数の静電容量要素の静電容量値を示す。関数１８及び２０は、第１の実施の形態による、外径Ｄ_оと内径Ｄ_ｉとを成すリングによって提供されたコンデンサ面Ａ_１を有する静電容量要素を示す。関数１８は、Ｄ_ｉ／Ｄ_о＝０．３の直径比に対応し、関数２０は、Ｄ_ｉ／Ｄ_о＝０．９の直径比に対応する。関数１８及び２０は、小さい力／先端変位に対しては急勾配を成す一方で、これらの関数１８及び２０の勾配は、増大する力／先端変位につれて常によりなだらかになる。その結果、当該検出誤差が、大きい力に対しては非常に大きくなる。

上記静電容量要素の第２の実施の形態では、上記の複数のコンデンサ極板が、対向している複数の金属面を当該極板の表面に有する。この場合、法線が、先端３の変位方向に対して直角であり、コンデンサ面Ａ_２が、先端変位ｄに等しいか又は線形に比例する。当該重なっているコンデンサ面Ａ_２が、先端変位ｄと共に線形に増大又は減少する一方で、間隔ｘ_２が、一定のままであるように、当該２つの極板の２つの表面が配置されている。その結果、静電容量値Ｃ_２が、先端変位ｄに線形に比例する。この場合、複素抵抗Ｚ_２が、この静電容量値の逆数に線形に比例するので、この複素抵抗は、１／ｄに線形に比例する。したがって、小さい先端変位での小さい変化が、静電容量値のより大きい変化に起因して、大きい先端変位での小さい変化よりも一層正確に検出され得る。しかしながら、この方法も、欠点を有する。何故なら、大きい先端変位ｄの変化を検出するための特性が、当該静電容量値の常になだらかな挙動に起因して、専ら大きい誤差を伴って検出され得るからである。

そこで、大きい先端変位ｄで変化するよりも急速に変化する小さい先端変位での先端変位ｄに対する静電容量値の挙動を達成するが、上記静電容量要素の第２の実施の形態の負の効果を及ぼさないようにするため、当該静電容量要素の第３の実施の形態が、上記の２つの利点を組み合わせている。このことは、当該静電容量要素のコンデンサ面とコンデンサ間隔との双方が当該先端変位ｄに応じて変化することによって達成される。このような構成は、アクティブペン５内で実現されている。したがって、第１コンデンサ極板１２は、（当該アクティブペンの外部を指し示す）面法線が当該先端変位に対して直角を成す横方向導電板面１２．２と、面法線が好ましくは先端３の方向（遠位方向）に当該先端変位と平行を成す軸方向導電板面１２．１とを有する。第２コンデンサ極板１４は、底部の内面と中空円筒の側面との導電板面を有する当該中空円筒として形成されている。当該静電容量要素の第２コンデンサ極板１４は、（アクティブペン５の中心を指し示す、すなわち横方向導電板面１２．２に対向している）面法線が当該変位方向に対して直角に延在する横方向導電板面１４．２と、面法線が好ましくは先端３から離れた方向（近位方向）に当該変位方向と平行を成す軸方向導電板面１４．１とをも有する。当該図示された実施の形態では、第２コンデンサ極板１４は、ハウジング９．１によって形成されている。ハウジング９．１は、当該コンデンサ面を実現するために金属コーティングをハウジング９．１の内壁上に有する。このとき、当該静電容量要素は、第１コンデンサ面Ａ_１及び第１コンデンサ間隔ｘ_１を有する第１静電容量部分と、第２コンデンサ面Ａ_２及び第２コンデンサ間隔ｘ_２を有する第２静電容量部分とに分割されている。この第１コンデンサ部分は、上記の先端変位ｄに依存する第１コンデンサ間隔ｘ_１を有する第１の実施の形態で説明したような挙動を呈する。この第２コンデンサ部分は、上記の先端変位ｄに依存する第２コンデンサ面Ａ_２を有する第２の実施の形態で説明したような挙動を呈する。第１コンデンサ極板１４の、軸方向導電板面１４．１と横方向導電板面１４．２とが、同じ電位にあり、第２コンデンサ極板１２の、軸方向導電板面１２．１と横方向導電板面１２．２とが、同じ電位にあるとみなした場合、当該第１コンデンサ部分と当該第２コンデンサ部分とは、Ｃ_１＝ｋ_１Ａ_１／ｘ_１（ｄ）とＣ_２＝ｋ_２Ａ_２（ｄ）／ｘ_２とから成る並列回路とみなし得る。この場合、ｋ_１及びｋ_２は、電気定数ε_０に依存する定数であり、コンデンサ極板１２とコンデンサ極板１４との間の材料の一定の比誘電率である。したがって、当該静電容量要素は、静電容量値Ｃ＝Ｃ_１＋Ｃ_２＝ｋ_１Ａ_１／ｘ_１（ｄ）＋ｋ_２Ａ_２（ｄ）／ｘ_２を有する。当該静電容量要素は、当該先端変位に依存するコンデンサ間隔を有する静電容量要素の挙動の利点と、当該先端変位に依存するコンデンサ面を有する静電容量要素の挙動の利点とを結合する。したがって、当該図示された実施の形態のコンデンサ面は、第２コンデンサ極板１４の軸方向導電板面１２．１と重なっている第１コンデンサ極板１４の軸方向導電板面１４．１（（Ｄ_０−Ｄ_１）^２π）と、第２コンデンサ極板１４の横方向導電板面１２．１と重なっている第１コンデンサ極板１４の横方向導電板面１４．２（一周する２πＤ_０（ｈ−ｄ））との和である。この場合、この横方向導電板面１４．２だけが、当該先端変位に応じて変化する。当該静電容量要素のコンデンサ間隔が、軸方向コンデンサ間隔ｘ_１（ｄ）と横方向コンデンサ間隔ｘ_２とを有する。この場合、この軸方向コンデンサ間隔ｘ_１（ｄ）（だけ）が、先端変位ｄに応じて変化する。好ましくは、第１コンデンサ極板１４の横方向導電板面１４．２と第２コンデンサ極板１２の横方向導電板面１２．２との間の距離が、先端変位ｄに関して一定のままであり、及び／又は、第２コンデンサ極板１２の軸方向導電板面１２．１に重なっている第１コンデンサ極板１４の軸方向導電板面１４．１が、先端変位ｄに関して一定のままである。関数１７及び１９は、第３の実施の形態による、外径Ｄ_０と内径Ｄ_１とを有するリングによって提供されたコンデンサ面Ａ_１を有するコンデンサ要素を示す。関数１７は、Ｄ_ｉ／Ｄ_０＝０．３の直径比に対応する。関数１９は、Ｄ_ｉ／Ｄ_０＝０．９の直径比に対応する。両関数１７及び１９は、同じ高さｈに対応する。関数１７及び１９は、小さい力／先端変位に対しては有益な急勾配を維持する一方で、これらの勾配は、大きい力／先端変位に対しては線形になる。その結果、当該先端変位は、大きい先端変位に対しても、望ましい或る一定の誤差を伴って決定される。

上記の間隔ｘ_１及びｘ_２は、これらの間隔に対応する間隔ベクトルに対して任意に限定されることなしに、専ら１つの距離を示さなければならない。図示された実施の形態では、これらの間隔ベクトルは、互いに直交しているが、平行のような又は別の角度方向を成すその他の任意の配置が可能である。

図示された実施の形態は、先端変位ｄに対して静電容量要素のコンデンサ面とそのコンデンサ間隔とを変化させる当該静電容量要素に対する一例にすぎない。例えば、このことは、当該先端変位に対して１°〜８９°又は９１°〜１７９°の角度をそれぞれ成す面法線を有する（好ましくは平行な）２つの極板面から成る単一のコンデンサ部分よって実現されてもよい。その結果、先端変位ｄの変化が、このような静電容量要素のコンデンサ間隔と重なっているコンデンサ面とを変化させる。静電容量要素の有効なコンデンサ面と静電容量要素の有効なコンデンサ間隔とが、当該先端変位と共に変化するその他の静電容量要素を実現することも可能である。

しかしながら、別の実施の形態では、先端変位の増大と共により小さくなる上記の両コンデンサ極板間の間隔を有するアクティブペンの、遠位側にある先端要素１０に結合されたコンデンサ極板と近位側の固定されたコンデンサ極板とから成る静電容量要素を実現することも可能である。

例え、上記の第１コンデンサ極板及び第２コンデンサ極板が、極板と呼ばれているとしても、これらのコンデンサ極板上の直線及び／又は平坦状のコンデンサ面に対する板の形に限定すべきでない。これらの極板の１つの極板又は双方の極板が、湾曲したコンデンサ面、円形のコンデンサ面、楕円形のコンデンサ面、三角形のコンデンサ面、及びｎ角形のコンデンサ面を有してもよい。例え、望ましい全ての実施の形態の当該極板のコンデンサ面が平行に配置されていても、このことは、限定すべきでなく、角度を成して配置された複数のコンデンサ極板も可能になり得る。

この代わりに、上記力検出機構９は、先端変位を示す電気信号を当該先端変位に変換するためのその他の変換手段、例えば先端変位に依存するインダクタンス値を有する電磁誘導要素を使用してもよい。

力検出機構９の弾性要素は、任意の弾性要素、例えば任意の種類のばねでもよい。当該弾性要素は、上記力センサの力測定範囲にわたって先端３に印加された力に逆らって作用する（相殺する）力を先端要素１０に印加するように構成されている。したがって、当該力センサによって検出された力は、その検出時の先端要素１０上の弾性要素の力に等しいか又は少なくとも線形に比例する。換言すると、（異なる先端変位に対応する）先端要素１０上の弾性要素の異なる力に対して、異なる力が、当該力センサによって測定される。このことは、当該力センサの全ての力検出範囲にわたって成立する。

図示された実施の形態では、上記弾性要素は、図４，９，１０，１１，１２及び１３に示されたような板ばね１５である。この板ばね１５は、好ましくはリング状の形を成している。この場合、この板ばね１５の２つのリング区間が、弾性板部１５．１を形成する一方で、その他の２つのリング区間は、板ばね１５用の固定部１５．２を形成するために平らなままである。好ましくは、複数の固定部１５．２のうちの１つの固定部１５．２の側面から見た板ばね１５は、図１２に示されたように、台形の脚又は横側を形成する弾性板部１５．１を有する当該台形を形成する。換言すると、弾性板部１５．１は、（先端変位方向に）上向きに曲げられている／形成されている。その結果、板ばね１５は、当該先端変位の方向に弾性挙動を呈する。板ばね１５は、例えば、１つの板からリングを打ち抜き、当該板の表面の面法線（リングの中心軸）の方向に２つのリング区間を曲げる／形成することによって１つの板、例えば金属板から形成されるように構成されている。１つの実施の形態では、複数の弾性板部１５．１は、２つの固定部１５．２を横切る線に対して対称である、すなわち二等辺台形に相当する。しかしながら、板ばね１５は、非対称でもよい。板ばね１５は、１つだけの弾性板部１５．１又は２つより多い弾性板部１５．１を有してもよい。しかしながら、板ばね１５は、固定部１５．２を有しなくてもよく、及び／又は、弾性板部１５．１は、その他の側面形状、例えば、（固定部１５．２なしの）三角形、丸みを帯びた（例えば、楕円形、多角形、多辺形、円形等の）弾性板部等を有してもよい。当該図示された実施の形態におけるリングの形は、円形であるが、楕円形、三角形、長方形、正方形、ｎ角形等のような、その他のリングの形も可能である。この代わりに、板ばね１５は、非リング形に形成されてもよい、好ましくは２つ又はそれより多い板部によって形成されてもよい。当該複数の板部が、例えば複数の板フィンガー又は複数の三角形によって形成されてもよい。

固定部１５．２は、複数の固定部材１５．３によってハウジング９．１上に固定されている。これらの固定部材１５．３は、固定部１５．２に対して直角に曲げられた複数の板フィンガーによって形成されている。固定部材１５．３は、弾性板部１５．１及び／又は固定部１５．２と同様に、単一の板から形成されるように構成されている。これらの固定部材１５．３は、ハウジング９．１の複数の孔１６内に挿入される。これらの孔１６は、ハウジング９．１によって形成された中空円筒の近位接地層内に配置されている。したがって、固定部１５．２が、力検出機構９のハウジング９．１の当該近位接地層によって支持される。複数の弾性板部１５．１が、その初期位置で小さい初期応力によって先端要素１０を押圧するように、これらの弾性板部１５．１は、張力を受けて第２コンデンサ極板１２によって支持されている。先端３上の力が、当該初期応力を超えると、先端要素１０が、板ばね１５の力に逆らってその変位方向に移動する。当該初期応力は、非常に小さいか又は零である。好ましくは、板ばね１５は、導電性であり、例えば金属から製作され、ハウジング９．１を介してプリント回路基板８に結合されている。このことは、複数の固定部材１５．３に接触している複数の孔１６にわたって又はハウジング９．１の内部接地層と当該複数の固定部とを介して実現され得る。しかしながら、その他の接触方法が可能である。固定部１５．１を第２コンデンサ極板１２上に固定し、弾性板部１５．１をハウジング９．１上に固定することも可能である。この解決手段には、当該弾性要素が、ペン位置信号のための先端要素１０に対する接触機構として使用され、同時に上記力検出機構のための弾性要素として使用されるという利点がある。力検出機構９のハウジング９．１内の当該弾性要素を支持することによって、先端３上の力が、力検出機構９のハウジング９．１上に移動される。この力検出機構９は、当該力をプリント回路基板８の遠位側の全体にわたって及び／又はペンハウジング６に向けて移動させる。したがって、当該力をプリント回路基板８のペン位置信号の出力端子上だけに移動させることなしに、むしろプリント回路基板８の全体の側に及び／又はハウジング６の側に移動させるように、この解決手段は、一方では、先端要素１０をプリント回路基板８に接触させるために当該弾性要素を使用する。したがって、プリント回路基板８に対する損傷が、効果的に排除される。

ハウジング９．１は、好ましくは遠位ハーフシェル９．１１と近位ハーフシェル９．１２とから形成されている。図７及び８に示された遠位ハーフシェル９．１１が、第１コンデンサ極板１４を有し、先端要素１０のロッド１１を案内する。上記弾性要素の力が、先端要素１０の先端変位に逆らって作用するように、近位ハーフシェル９．１２が、この弾性要素を支持する。遠位ハーフシェル９．１１と近位ハーフシェル９．１２とが一緒に、中空円筒を形成する。遠位ハーフシェル９．１１と近位ハーフシェル９．１２とは、プリント回路基板８のアーム８．２によって有益に保持される。このことは、力検出機構９を当該弾性要素及び先端要素１０と一緒に組み立てるためにハウジング９．１を開くことを可能にする。

上記弾性要素の剛度Ｓ（ｄ）が、先端変位ｄと共に変化する。すなわち、当該弾性要素は、力Ｆ＝−Ｓ（ｄ）＊ｄを呈する非線形性弾性要素である。好ましくは、当該剛度は、先端変位を増大させると共に増大する。このことは、徐々に増大する剛度又はステップごとの増大を含み、例えば、初期位置から第１先端変位までの低い剛度と、第１先端変位と第２先端変位又は最大先端変位との間の第２剛度とを含む。このことは、より小さい力がより大きい先端変位を引き起こす一方で、より大きい力での先端変位がより小さくなることを可能にする。このことは、小さい先端変位での感度を低下させることなしに、同じ最大先端変位を検出可能な力の範囲を拡張することを可能にする。しかしながら、力Ｆ＝−Ｓ＊ｄを発生させる線形の弾性要素による一定の剛度Ｓを使用することも可能である。

板ばね１５の剛度は、この板ばねの様々なパラメータ、特に、上記弾性板部の長さ若しくは半径、角度α、弾性板部１５．１の厚さｔ及び／又は弾性板部１５．１の大きさＬによって決まる。板ばね１５が、先端変位ｄに依存する剛度を有する非線形挙動を示すように、これらのパラメータは選択され得る。このことは、当該複数の板部に対して異なるようにそれらのパラメータを選択することによって実現され得る。したがって、少なくとも２つの板部が、異なる（一定の）剛度を有する。これらの剛度が結合して、非線形の剛度になる。当該図示された実施の形態では、それぞれの板部が、別の角度α及び／又は別の長さ／半径を有してもよい。したがって、先端３の初期位置では、より大きい角度αを成し及び／又はより大きい長さ／半径を有する第１板部だけが、先端３上の力に逆らって作用する。先端要素１０が、第１先端変位によって変位されると、先端要素１０は、第２板部にも接触し、両板部の剛度が、増大した剛度に加算される。したがって、このような配置は、ステップ関数を有する剛度Ｓ（ｄ）を実現する。当該先端変位に対するこのステップ関数のモーメントは、当該初期位置から当該第２板部が当該先端要素に接触するときの当該第１先端変位までに必要な先端変位を引き起こす板ばねのパラメータによって規定され得る。第１先端変位より小さい先端変位に対する剛度は、当該第１板部の、大きさ及び／又は厚さｔのようなパラメータによって制御され得る。当該第１先端変位より大きい先端変位に対する剛度は、両板部を一緒にした剛度であり、当該第２板部の、大きさ及び／又は厚さｔのようなパラメータによって制御され得る。好ましくは、当該第２板部の大きさ及び／又は厚さは、当該第１板部の大きさ及び／又は厚さより大きい。（１つのステップより多い）複数のステップ関数が、（２つより多い）複数の板部によって実現され得る。このことは、例えば、複数の板フィンガー又は複数の三角形のような、３つ又はそれより多い板部を板ばねに配置することによって実現され得る。先端要素１０が、それぞれの板部に接触したときに、当該それぞれの板部が、別の接触先端変位を呈する。当該複数の板部が、三角形又はフィンガーである場合、これらの板部は、星（リング）形に配置され得る。しかしながら、先端変位にわたって一定に変化する剛度を有する板ばねを実現することも可能である。このことは、例えば、第１接触区間から最後の接触区間までのパラメータを決定する増大する大きさ又は厚さ又は別の剛度を有する螺旋状の板部によって実現され得る。

図１３Ａ及び１３Ｂは、先の図面中の板ばね１５と置換し得る弾性要素としての板ばね２１の別の実施の形態を示す。この場合にも、板ばね２１が、第１平面内に配置されたベース部２１．２と少なくとも１つの弾性板部２１．１とを有する。好ましくは、当該少なくとも１つの弾性板部２１．１は、図１３Ｃに示されたように、（曲げ縁部を除いて）当該第１平面内に配置された単一の板材から切り出される。好ましくは、次いで、少なくとも１つの弾性板部２１．１が、当該曲げ縁部で曲げられる。その結果、図１３Ａに示されたように、当該少なくとも１つの弾性板部２１．１は、当該第１平面に対して又はベース部２１．２に対して少なくとも１つの角度αを成して配置される。したがって、少なくとも１つの（それぞれの）弾性板部２１．１の端部が、ベース部２１．２又は第１平面に対して特定の高さを有する。先端要素１０上の板ばね２１の力が、各先端変位に対する力センサの範囲にわたって変化するように、当該少なくとも１つの（それぞれの）弾性板部２１．１の端部とベース部２１．２とが、先端要素１０（ここでは、コンデンサ極板１２）とペンのハウジング（ここでは、上記力検出機構のハウジング９）との間に配置されている。好ましくは、当該少なくとも１つの弾性板部は、複数（少なくとも２つ）の弾性板部２１．１を有する。このことは、広い力範囲を有するばねを非常に低い高さによって実現することを可能にする。当該第１平面上の上から見ると、板ばね２１は、中心Ｃと円周面とを有する。好ましくは、当該曲げ縁部が、板ばね２１の当該円周面の方向に沿うように、且つ、当該弾性板部２１．１の（当該第１平面に対して上記の高さを有する）端部が、図１３Ａ及び１３Ｂに示されたように、中心Ｃを指し示すように、それぞれの弾性板部２１．１が曲げられている。好ましくは、弾性板部２１．１は、図１３Ｃに示されたように、中心Ｃと当該曲げ縁部との間で、当該板材から切り出される。当該それぞれの弾性板部２１．１１の形は、三角形である。このように、当該板ばね２１の力の範囲が広いにもかかわらず、板ばね２１の大きさｄが、非常に小さく維持され得る。当該図示された実施の形態では、板ばね２１が、円周状のベース部２１．２を有する。当該曲げ縁部を有する弾性板部２１．１が、このベース部２１．２に配置されている。好ましくは、複数の弾性板部２１．１が、少なくとも１つの第１弾性板部２１．１１と少なくとも１つの第２弾性板部２１．１２とから構成されている。好ましくは、当該少なくとも１つの（それぞれの）第１弾性板部２１．１１の端部が、第１高さｈ１を有し、及び／又は、当該少なくとも１つの（それぞれの）第１弾性板部２１．１１が、第１剛度を有する。好ましくは、当該少なくとも１つの（それぞれの）第２弾性板部２１．１２の端部が、第２高さｈ２を有し、及び／又は、当該少なくとも１つの（それぞれの）第２弾性板部２１．１２が、第２剛度を有する。第１高さｈ１は、第２高さｈ２より高い。好ましくは、必須ではないが、当該第１剛度は、当該第２剛度より小さい。このことは、第１圧縮範囲内（＜ｈ１−ｈ２）の第１ばね剛度（＝第１弾性板部２１．１１＊当該第１剛度の数値）と、より大きい第２圧縮範囲内（＞ｈ１−ｈ２）のより硬い第２ばね剛度（＝第１弾性板部２１．１１＊当該第１剛度の数値＋第２弾性板部２１．１２＊当該第２剛度の数値）とを有する板ばねを実現することを可能にする。当該第２ばね剛度は、より硬い。何故なら、当該少なくとも１つの第１弾性板部２１．１１に加えて、当該少なくとも１つの第２弾性板部２１．１２も、先端要素１０上に作用するからである。このことは、ステップ関数と共に上述したように、非線形の板ばねを実現することを可能にする。第１弾性板部２１．１１と第２弾性板部２１．１２との当該異なる複数の剛度が、異なる形態によって、ここでは当該曲げ縁部の異なる長さａ１及びａ２によって実現され得る。当該板材は、好ましくは金属、例えば銅ＣｕＢ２（ＥＮ１６５４）のような銅を含有する金属である。

説明した板ばね２１は、上記の力センサの全ての力範囲をカバーするばねを非常に小さい寸法で実現することを可能にする。ばね２１は、好ましくは３ｍｍより小さい、好ましくは２ｍｍより小さい、好ましくは１．５ｍｍより小さい高さ（ｈ１）を有する。ばね２１は、好ましくは１５ｍｍより小さい、好ましくは１０ｍｍより小さい、好ましくは８ｍｍより小さい大きさ（ｄ）を有する。上記の曲げ縁部と円周の縁部との間の円周状のベース部２１．２の大きさ（ｃ）は、好ましくは１ｍｍより小さく、好ましくは０．６ｍｍより小さく、好ましくは０．４ｍｍより小さい。上記の第１高さｈ１と第２高さとの差は、好ましくは０．３ｍｍより小さく、好ましくは０．２ｍｍより小さく、好ましくは０．１５ｍｍより小さい。

上記の力検出機構９と力検出回路とは一緒に、力センサを構成する。

ここに引用されている国際公開第２０１４／１７４１２３号パンフレットに開示されているように、アクティブペン１５の圧力センサの上記の実施の形態は、例えば、タッチデバイスと位相同期しないで、ペン位置信号を連続して放射するアクティブペンに対して特に有益である。このようなアクティブペンは、静電容量タッチ面上でパッシブに且つ連続して放射するアクティブタッチの位置を検出するタッチデバイスとの組み合わせにおいて特に有益である。このようなタッチデバイスは、国際公開第２０１４／１７４１２３号パンフレットに開示されていて、ここで引用されている。

本発明の好適な特徴は、当該特徴が本発明を実行するために最良の方法であることを意味するが、当該特徴は、特許請求の範囲内でその他の任意の方法によって置換され得る。換言すれば、保護範囲は、当該好適な特徴によって限定されないで、その他の任意の方法で実行され得る。

本発明の説明した実施の形態に対する様々な変更及びバリエーションが、添付された特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から外れることなしに、当業者にとって自明である。本発明は、特定の好適な実施の形態に関連して説明されているが、特許請求の範囲に記載の発明は、このような特定の実施の形態に不当に限定されてはならないと解するべきである。

３ 先端
３′ 導電性のコア
５ アクティブペン
６ ペンハウジング
６．１ 管状部
６．２ 円錐形部
６．３ キャップ
６．４ パワーボタン
７ バッテリ
８ プリント回路基板
８．１ パワースイッチ
８．２ アーム
８．３ 電源端子
９ 力検出機構
９．１ ハウジング
９．１１ 遠位ハーフシェル
９．１２ 近位ハーフシェル
１０ 先端要素
１１ ロッド
１２ 第２コンデンサ極板
１２．１ 軸方向導電板面
１２．２ 横方向導電板面
１３ 凹部
１４ 第１コンデンサ極板
１４．１ 軸方向導電板面
１４．２ 横方向導電板面
１５ 板ばね
１５．１ 弾性板部
１５．２ 固定部
１５．３ 固定部材
１６ 孔
２１ 板ばね
２１．１ 弾性板部
２１．２ ベース部
２１．１１ 第１弾性板部
２１．１２ 第２弾性板部

Claims (20)

1. 先端要素（１０）の遠位端部上に配置された先端（３）上に作用する力に依存する先端変位によって変位方向に初期位置から変位されるように構成された可動な前記先端要素（１０）と、
   前記可動な先端要素（１０）に結合され、且つ前記先端（３）上に印加されたインディケータ位置信号を生成するように構成された位置信号回路と、
   前記先端変位を示す電気フィードバック信号を生成するための前記先端変位に依存する静電容量値を有する静電容量要素を備える前記先端上に作用する力を検出するための力センサとから構成されたアクティブ位置インディケータにおいて、
   前記静電容量要素は、前記先端変位に依存するコンデンサ間隔と、前記先端変位に依存するコンデンサ面とを有することを特徴とするアクティブ位置インディケータ。
2. 前記コンデンサ面は、前記先端変位に線形に依存する請求項１に記載のアクティブ位置インディケータ。
3. 前記先端変位が増大すると、前記コンデンサ面がより小さくなる請求項２に記載のアクティブ位置インディケータ。
4. 前記コンデンサ間隔は、前記先端変位の逆数に比例する請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクティブ位置インディケータ。
5. 前記先端変位が増大すると、前記コンデンサ間隔が増大する請求項４に記載のアクティブ位置インディケータ。
6. 前記静電容量要素は、第１静電容量間隔と第１コンデンサ面とを有する第１静電容量部分と、第２静電容量間隔と第２コンデンサ面とを有する第２静電容量部分とから構成されていて、
   前記コンデンサ間隔は、第１コンデンサ間隔と第２コンデンサ間隔とから構成されていて、
   前記コンデンサ面は、第１コンデンサ面と第２コンデンサ面とから構成されていて、
   前記第１コンデンサ間隔は、前記先端変位に依存し、前記第２コンデンサ面は、前記先端変位に依存する請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクティブ位置インディケータ。
7. 前記第１コンデンサ面と前記第２コンデンサ間隔とは、１つの先端変位によって一定のままである請求項６に記載のアクティブ位置インディケータ。
8. 前記第１静電容量部分と前記第２静電容量部分とは、並列に接続されている請求項５又は６に記載のアクティブ位置インディケータ。
9. 前記静電容量要素の第１コンデンサ極板（１４）が、前記変位方向に対して直角に延在する面法線有する横方向導電板面（１４．２）と、前記変位方向に延在する面法線を有する軸方向導電板面（１４．１）とを有し、前記静電容量要素の第２コンデンサ極板（１２）が、前記変位方向に対して直角に延在する面法線有する横方向導電板面（１２．２）と、前記変位方向に延在する面法線を有する軸方向導電板面（１２．１）とを有し、
   前記第１コンデンサ間隔は、前記第１コンデンサ極板（１４）の軸方向導電板面（１４．１）と前記第２コンデンサ極板（１２）の軸方向導電板面（１２．１）との間の間隔であり、前記第１コンデンサ面は、前記第１コンデンサ極板（１４）の軸方向導電板面（１４．１）と前記第２コンデンサ極板（１２）の軸方向導電板面（１２．１）との間の重なっている面であり、前記第２コンデンサ間隔は、前記第１コンデンサ極板（１４）の横方向導電板面（１４．２）と前記第２コンデンサ極板（１２）の横方向導電板面（１２．２）との間の距離であり、前記第２コンデンサ面は、前記第１コンデンサ極板（１４）の横方向導電板面（１４．２）と前記第２コンデンサ極板（１２）の横方向導電板面（１２．２）との間の重なっている面である請求項５〜７のいずれか１項に記載のアクティブ位置インディケータ。
10. 前記第２コンデンサ極板（１２）は、円筒軸に沿った前記第１コンデンサ極板（１４）の面法線を有する中空円筒内で前記第１コンデンサ極板（１４）を移動させるように構成された前記中空円筒の第１端部を少なくとも部分的に閉じる第１壁を有する前記中空円筒の形を成す請求項１〜９のいずれか１項に記載のアクティブ位置インディケータ。
11. 前記先端要素（１０）は、好ましくは近位端部でボルトによって前記先端（３）に結合された第１コンデンサ極板（１４）を有し、前記ボルト（１１）が、前記中空円筒の前記第１壁の開口部を通じて案内されている請求項９に記載のアクティブ位置インディケータ。
12. 前記第２コンデンサ極板（１２）は、プリント回路基板（８）によって保持された前記中空円筒としての前記力センサのハウジング（９．１）の一部であり、前記プリント回路基板（８）が、前記先端変位によって引き起こされた静電容量値を検出するための前記第１コンデンサ極板（１４）に電気接続された前記力センサの力検出回路を有する請求項１０に記載のアクティブ位置インディケータ。
13. 前記第２コンデンサ極板（１２）は、前記中空円筒の第２端部を少なくとも部分的に閉じる第２壁を有する前記中空円筒としての前記力センサのハウジング（９．１）の一部であり、弾性要素が、前記第２壁と前記第１コンデンサ極板（１４）との間に配置されている請求項１０又は１１に記載のアクティブ位置インディケータ。
14. 弾性要素が、前記先端要素（１０）をその初期位置で保持する請求項１〜１３のいずれか１項に記載のアクティブ位置インディケータ。
15. 前記弾性要素は、板ばねである請求項１２又は１３に記載のアクティブ位置インディケータ。
16. 前記板ばね（１５）は、リング形を成す請求項１４に記載のアクティブ位置インディケータ。
17. 前記弾性要素は、増大する先端変位に対して増大する剛度を有する非線形の挙動を呈する請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のアクティブ位置インディケータ。
18. 前記位置信号回路は、前記弾性要素を介して前記可動な先端要素（１０）に電気接続されている請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のアクティブ位置インディケータ。
19. 先端（３）上の力に依存する先端変位によって決まる静電容量要素の静電容量値を検出するステップを有するアクティブ位置インディケータの前記先端（３）上の力を検出するための方法において、
    前記静電容量要素のコンデンサ間隔が、前記先端変位によって決まり、前記静電容量要素のコンデンサ面が、前記先端変位によって決まることを特徴とする方法。
20. ・請求項１〜１８のいずれか１項に記載のアクティブ位置インディケータ（８００，５）と、
    ・放射されたインディケータ位置信号に基づいて前記アクティブ位置インディケータの位置を検出するように構成されたタッチデバイスとを有するタッチシステム。

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